伺服放大器设计与仿真分析.pdf

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1、伺服放大器设计与仿真分析李玲珑，等伺服放大器设计与仿真分析DesignandSimulationAnalysisofServoAmplifier李跨珑1，2霾包舌1'2旅芬碑1孙斌1(机器人学国家重点实验室中国科学院沈阳自动化研究所1，辽宁沈阳110016；中国科学院研究生院2，北京100039)摘要：阐述了电液伺服阀力矩马达工作原理及伺服放大器的性能要求，设计了具有调零、反馈、限流功能的伺服放大器模型，并运用仿真软件OrCAD对伺服放大器电路模型进行了性能分析和验证。在仿真的基础上研制了伺服放大器，并对其进行了性能测试，结果表明，伺服放大器输出电流稳定、线性度好、响应迅

2、速，完全满足设计要求。关键词：伺服放大器伺服控制电压跟随器电流负反馈仿真中图分类号：TH29文献标志码：AAbstract：Theoperationalprincipleoftheelectro—hydraulicservovalvetorquemotorandtheperformancerequirementsoftheseiNoamphfieraredescribed．TheseITOamplifiermodelthatpossessesfunctionsofzeroadjustment，feedbackandcurrentlimitationisdesigned，a

3、ndtheperformanceanalysisandvalidationforcircuitmodeloftheservoamplifierarecarriedoutbyusingsimulationsoftwareOrCAD．Onthebasisofthesimulation，theservoamplifierisfabricated，andtheperformanceistested．Theresultsindicatethattheservoamplifierfeaturesstableoutputcurrent，goodlinearity，andrapidres

4、ponse-thusfullymeetsdesigningrequirements．Keywords：ServoamplifierServocontrolVoltagefollowerCurrentnegativefeedbackSimulation0引言随着电液伺服控制技术的迅速发展，作为辅助设备，电液伺服阀的应用范围也不断扩展，覆盖从民用机械到精密航天设备等关键国民经济领域¨·。然而，在实际的电液伺服控制系统中，由于传感器采集的信号比较微弱，导致控制器输出功率低，不能直接驱动后续电液伺服阀，因此，在控制器与电液伺服阀之间需配用伺服放大器，将弱电信号放大成强电信号来控制

5、电液伺服阀。伺服放大器主要由两部分组成，前置级为电压放大电路，功率级为电流负反馈放大电路。伺服放大器的作用是将偏差电压信号(输入指令电压信号与系统反馈电压信号比较所得)加以运算和放大，输出一个与偏差电压信号呈一定函数关系的控制电流；将电流输入伺服阀力矩马达线圈，以驱动电液伺服阀嵋1，从而控制阀芯开口度大小，起到限幅保护作用。1伺服放大器设计1．1设计要求伺服放大器是电液伺服控制系统的重要组成部分，用以驱动和控制电．机械转换器，改善电液控制元件或修改稿收到日期：2012—02—16。第一作者李玲珑(1986一)，男，现为中国科学院沈阳自动化研究所机械电子工程专业在读硕士研究

6、生；主要从事水下机器人技术的研究。《自动化仪表》第33卷第12期2012年12月系统的稳态和动态性能口o。其在性能上要求满足线性度好、精度高、动态响应快、频带宽、稳定性好等特点，具有足够的输出功率和限幅特性⋯。当出现大偏差信号时，输出电流不超过电液伺服阀额定电流的2倍。本文设计了FFl02电液伺服放大器，相应的参数要求为：①输入电压信号±10V，便于指令元件实现控制；②阀电流输出±10mA，以适应力矩马达线圈驱动；③非线性失真小于4％；④放大器频宽不小于500Hz，以适应伺服系统高频响应。1．2电路设计伺服放大器主要电路包括：调零电路、前置放大电路、跟随电路、震颤信号发生

7、电路和功率放大电路，整个放大器的结构如图1所示。输入信号反馈信号调零信号放契蓍路№到放契耄路H黼震颤信号发生电路图1伺服放大器电路结构框图Fig．1Blockdiagramofthestructureofservoamplifiercircuit①调零电路。通过在前置端叠加可调电压，调节电路基准电压H1。由于工作环境的变化，当输入力矩马达线圈电流为零时，电液伺服阀可能会产生一个较小的流量输出，降低了伺服控制系统的稳态精度。通过调节电位计R，进行零点补偿，可以有效克服电液伺83伺服放大器设计与仿真分析李玲珑，等服阀零漂的影响，提