液压伺服控制系统研究现状的分析

鞠 丹

随着生产制造业的不断发展，具有较好可控性和响应速度的液压伺服控制系统逐渐得到广泛应用。液压伺服控制系统的精确控制有助于提高生产效率，随着我国科学技术的飞速发展，工程机械技术不断优化，特别是先进的液压伺服控制技术很好地融入工程机械中，不仅可以合理控制机械发动机的运行功率，还可以有效提高工作量和促进机械工业相关产业的科学发展。此外，在生产制造过程中也可以达到节能的目的。

1 轧钢生产

1.1 轧钢生产的内容

现代钢铁企业包括炼铁、炼钢和轧钢三个生产系统，其中轧钢是将连铸坯轧制成钢材，担负着钢材生产的任务。钢材生产的方法包括轧制、锻造、挤压和拉拔等，轧制具有生产率高、品种多、连续性强、易于自动化等优点，约有90%的钢材采用轧制生产的。有色金属也主要用轧制方法，大断面连铸坯轧制成小断面的钢材要经过多次轧制。

1.2 轧钢生产管理

在轧钢生产期间加强管理，有利于轧钢的成品质量和生产连续性，使轧钢企业获得稳定的经济收益。企业是否能够长远发展，与生产质量存在密切的关联。因此对轧钢生产过程强化质量控制，是企业持续发展、获得效益的关键基础，同时也会影响企业的后续排产与营销，有利于降低生产成本，影响产品在市场中的竞争力。因此，加强轧钢在生产中的管理工作意义重大，轧钢生产是企业的重点工作之一。轧钢生产存在多个不确定因素，其工艺有一定的复杂性。由于存在众多的不确定因素，轧钢生产建立模型有一定难度，难以将机理运用于建模，借助差分方程或通过微分方程来精确描述生产过程具有一定的难度。在轧钢生产的管理中，控制输入是将工序分环节、分阶段来加入的，输出的实现要依靠相应的产品质量标准。为强化轧钢生产控制，就要在实际生产管理中借助输入标量，结合众多的工序控制，促使输出质量标准可以达成最好的效果。轧钢产品的生产质量控制机理较为复杂。轧钢的生产要结合上游的炼铁、炼钢、连铸等环节，而任何环节发生问题都会影响到轧钢的质量。依据现有的工序分类，轧钢生产可以分为坯料准备阶段、加热阶段、粗轧、精轧、精整、检验等。应对这些阶段存在的影响因素展开细致分析，研究生产工序与产品质量之间的关系。

1.3 轧钢生产中的质量控制

轧钢生产管理中，要加强对关键的工序管控。轧钢生产中发生的各类质量问题多数是由于孔型、轧辊、换品种造成的，特别是在轧辊更换以后，轧钢产品板型会发生一定的改变、外形尺寸与相关标准不符。因此生产过程要加强质量控制，及时调整轧制工艺，特别是进出口导卫、槽孔、轧辊等要有精确的调节标准。通过加强校样的检验，保障轧材板型与定尺长度与规定相符。

1.3.1 通过检测轧出样品

首先，钢坯在加热中要保证受热的均匀，特别是要防止黑印问题的发生。随着技术的进步，当前加热炉的加热模式多采用自动脉冲加热，在生产中可以通过采用自动补偿的方式，均热段内的加热工艺改进可以预防黑印问题的发生。在炉内还可以采用设置蓄热黑体、增上陶瓷纤维等耐火材料，借助更先进的测温方式来对炉内环境加以控制，以提高升温的控制效果达到要求。针对板型的控制，可以借助自动厚度控制系统来提高产品的质量管控效果，它可以显著改善过钢中厚度波动过大的问题，实现精细化控制，有利于提升轧材质量、成材率，降低工序成本。

1.3.2 控制轧材的公差

依据轧钢生产工艺，成品与中精轧道次孔型的设计多采用闭口、半闭口交替的方式。生产工艺的优化要考虑各轧制道次的温度变化、金属型变等数据条件，金属宽展系数要合理选取，准确计算轧件的吃压量、变形量、前后滑等相关参数，保证孔型系统科学，使轧件在轧制中金属变形量更加科学。轧钢工艺的优化可以实现轧件在宽度方向的受力合理，保证料型，降低生产中调整的难度，减少轧件宽度上公差的大范围波动，有利于降低质量缺陷、提高合格率。此外，当前轧钢压下控制技术有了很大提升，如可以采用液压的方式控制轧机的料型宽度提升刚度、防止宽度偏差过大问题，有利于提高轧材精度。

2 伺服系统原理及特点

2.1 伺服系统原理

伺服系统是一种反馈控制系统，用于精确跟踪或再现某一过程。由控制器、动力驱动装置、反馈装置和电机组成。其主要任务是根据控制指令的要求对功率进行放大、变换和调整，从而灵活方便地控制驱动装置的转矩、速度和位置输出。其主要功能是：用小功率指令信号控制大功率负载；在无机械连接的情况下，输入轴控制远距离输出轴，实现远距离同步传动。

液压伺服控制系统可以对输入信号进行放大和变换，在输出方面可以非常快速准确地再现输入量的基本变化规律。传统伺服控制的工作原理是基于输入信号和反馈信号的差异，而液压伺服控制的原理与传统伺服控制相同。技术上称之为根据偏差控制原理。由于生产需要随着输入信号的变化达到改变控制量的目的，伺服控制将得到广泛应用。

一个完整的液压伺服控制系统，按其结构可分为动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质五部分。一个液压伺服控制系统要正常运行，以上五个部分都不是必不可少的。具体介绍如下：①液压泵作为动力元件，主要将原动机输出的机械能转化为液压能，可比作液压泵的心脏。②液压缸或液压马达作为执行元件，可以将系统中液体的压力能转化为机械能，并对与其接触的工作机构做功。其中，液压缸主要做直线往复运动，而液压马达做圆周运动。③压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀作为控制元件，控制和调节液压系统中的油压、方向和流量。④除上述三个部件外，其他部件为辅助部件，如油管、油箱、过滤器和蓄能器等，起连接、储油、过滤、储存压力油的作用，对保证液压伺服控制系统的正常运行起到了至关重要的作用。⑤液压油是液压系统中最常用的工作介质之一，可比作液压系统的血液。液压油的性能将直接影响液压系统零部件的可靠性、灵敏度、稳定性、效率和寿命。

2.2 液压伺服控制的特点

液压伺服控制具有更显著的优势，液压伺服控制工作介质液压油的压缩性对动态工作的液压系统影响很大，但对动态性能要求不高，只考虑液压系统工作在稳态，一般不考虑，所以可以依靠油的连续流动进行传输。油路可加装液压缓冲装置，避免因加工装配误差引起的振动和冲击，使传动十分平稳，方便频繁换向。因此，被广泛用于要求平稳传输的场合。在输出功率相同的情况下，液压伺服控制的体积和质量可远小于机械传动和电动传动，因此其惯性小，工作动作灵敏。液压系统中装有多个控制阀，在必要时可起到安全保护作用，并可自动防止过载，避免安全事故的发生。采用液压伺服控制，可以获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架和数控铣床的液压工作台，可加工各种形状的零件。当然，液压伺服控制也有很多不足，如维护要求较高，难以实现等比传动，对使用环境温度要求较高，不能远距离传输动力，对液压油纯度要求高，故障不易排查等，因此在使用时要充分发挥其优点，尽量避免缺点。

3 液压伺服控制系统的基本故障特征

3.1 多样化

通过对液压伺服控制系统相关故障的深入研究，可以发现引起故障的因素具有多样化的特点。同一个故障可能有多种原因，这些原因相互重叠、相互影响，难以准确判断。例如，如果传动系统的压力达不到，液压油可能会泄漏，液压泵的动力可能不足，阀门可能会堵塞，油的粘度可能会降低。这也可能来自机电方面。另一方面，在液压伺服控制系统中，不同的部件具有不同的功能和结构，从而产生各种故障现象。

3.2 复杂性

液压伺服控制系统的故障比较复杂，会影响到机械整体。有些故障可能会导致整个液压系统甚至机器瘫痪。例如，液压执行器动力不足，压力不稳定。作为维修人员，很难判断是液压泵动力不足还是油、阀门或机械部件有问题。排查的难度可想而知。液压伺服控制系统的故障具有多样化的特点，这也使得液压伺服控制系统的故障表现形式多样化，增加了液压伺服控制故障的复杂性，提高了故障诊断和排除的难度。一次判断液压伺服控制系统的故障原因和故障位置，也使得液压伺服控制系统的故障评估更加复杂。液压伺服控制系统的内部部件紧密相连，会影响到整个机械。通常一个组件的损坏会影响所有连接的组件。这增加了维护的难度。维修人员需要考虑各个部件的装配方式，掌握不同部件的维修技巧，从头到尾完成各个部件的故障排除和维修。

3.3 复杂判断

根据液压伺服控制系统的特点，故障发生后很难快速确定故障的位置和原因。必须仔细检查、判断、分析和试验，找出故障的原因和位置。但一旦发现，后处理很简单，有的只需稍微调整、清洗或更换滤芯即可解决问题。

3.4 隐形性

首先，液压伺服控制系统的故障大多发生在装置内部，而外部往往没有问题，容易误导维修人员。其次，由于其结构比较精细，零件极小，长期高负荷运行时即使出现老化或损坏也不易被发现，从而残留在液压系统中，最终导致故障。小部件故障及时发现，拆卸液压伺服控制系统是一个繁琐的过程，对维修人员来说也是一个麻烦和挑战。一般来说，在液压伺服控制系统的运行中，其运行环境是一个封闭的环境。

4 轧钢液压伺服控制系统故障原因分析

4.1 设计的原因

轧钢液压伺服控制系统故障的次数与产品设计有很大关系。在设计上，通过优化产品的外形或增加一些保护部件，可以有效地保护重要部件免受磨损或腐蚀，减少设备维护的频率。设计人员不仅要有丰富的专业知识储备，还要参与设备维修，听取维修技术人员的意见。

4.2 维修原因

一般来说，轧钢液压伺服控制系统工程组装调试后，可以提高工程各个领域的性能。但是，由于液压元件的更新和变化，机械工程维修和保养可能会导致系统出现新的故障。因此，维修机械设备时，技术人员必须严格遵守其零部件的质量控制。

4.3 液压伺服控制系统本身原因

当电压稳定时，液压伺服控制系统有时功率不足，无法承受外部负载。这样，系统会逐渐降低运行速度和旋转功率，大大降低工作效率。造成这种情况的主要原因可能是泄漏问题，或相关离心泵出现异常，导致无法储存足够的动力进行传输和运行。

5 轧钢液压系统故障排除

5.1 观察排除法

观察和排除方法适用于有经验的维修人员，对工程机械液压伺服控制系统的结构了如指掌。通过五感（视觉、嗅觉、听觉、味觉、触觉）、个人经验和简单的工具，可以观察和诊断液压系统的故障，进行小规模的操作，然后结合平时的维修经验找到一些简单的故障，识别出故障的位置和原因。观察消除方法时，应注意：首先考虑外部因素对液压伺服控制系统的影响，然后从系统内部部件中找出问题所在。在观察和故障排除时，一定不能只考虑液压系统，而要结合机械、电气、液压等方面进行综合故障排除。在故障处理过程中，要区分长期故障和突发性故障，分析和排除长期故障的原因，发现故障并进行相应处理。观察排除法适用于有经验的维修人员。

5.2 仪器检测方法

仪器检测方法是基于目视观察方法。对于可疑的异常部位，利用现代仪器和计算机，由易到难依次检测，找出故障原因和位置，进行故障排除。这些方法包括仪器测试、液压油分析测试和计算机测试。在实际故障诊断中，既要采用传统的观察方法，也要采用排除方法，而要采用现代精密仪器进行仪表检测。这两种方法不能相互替代和组合。在轧钢液压系统的故障诊断中，可选择使用压力表、流量计等仪表检查液压伺服控制系统各部件的压力值、流量、速度、温度等参数值，对照技术文件的标准范围，及时找出故障的位置和原因。具体包括以下检测仪器：①压力表。在液压伺服控制系统的运行中，压力值是一个重要的参数。一旦液压伺服控制系统出现故障，压力值就会下降。通过压力表检测液压伺服控制系统的压力值，判断液压伺服控制系统是否有故障。②流量计。流量是衡量液压伺服控制系统是否处于良好状态的重要参数。通过流量计可以测量液压伺服控制系统的容积效率、元件的进出口流量和液压回路，及时发现异常流量，有利于故障诊断和排除。液压伺服控制系统。③转速表。维修人员可以选择转速表来观察执行机构的运动速度和速度值，这是反映液压伺服控制系统各执行机构工作状态的关键参数。

5.3 逻辑推理方法

轧钢液压系统比较复杂，难以诊断。因此，可以通过逻辑分析来验证。使用这种方法，必须做到以下两个方面：一是从主机上查找原因，观察轧钢液压系统的执行机构是否工作正常；其次，从系统本身的性能出发，对系统故障的原因进行逻辑推理。逻辑推理方法主要取决于维修人员的专业技能和综合素质。通过自身对液压伺服控制的技术知识和基本技能，逻辑推理方法可以从逻辑上推断出液压系统运行中出现的电路、机械结构、液压元件等故障。液压伺服控制系统故障引起的故障现象一般为压力异常,如果动作异常或速度异常，维修人员应仔细观察和阅读系统的结构框图，确定轧钢系统故障的根本原因，并进行辅助方法的详细排除，从而最终确定轧钢液压伺服控制系统的故障，有利于故障排除和解决。

6 液压伺服控制控制系统的应用流程

首先，有必要明确液压伺服控制系统在我国机械工业发展过程中的主要应用。目前，液压伺服控制系统的应用主要体现在以下几个方面：对于一些正常的机械制造行业，主要应用于钢铁工业制造行业。目前，钢铁工业对我国经济发展起到了很好的推动作用。例如，冶金工业的发展可以保证各类金属的生产效率和生产质量得到有效提高。同时，起升装置也采用液压伺服控制系统。使用该系统可以保证起重的稳定性，使起重的极限得到更好的提高。机械液压系统是工程建设领域范围非常广泛的内容，其中液压马达和液压缸是数量较多的内容，因此就会分布较为分散的液压站比例。技术操作人员在实际应用液压系统的过程中需要将就近的、同类型的液压设备共同的纳入到同一液压系统当中，做好对装机容量问题的规避。而对液压系统进行设计的时候也一定要注意到节能生产工艺的重要性，需要将工艺顺序和液压系统结构以及生产参数作为主要的依据来进行积极了解，充分地体现出蓄能器的重要性，并且做好能量的补充工作，让电机的功率可以大范围的降低，实现对投资成本的降低。

7 伺服控制技术应用发展措施

7.1 体现技术应用的针对性

在应用伺服控制技术之前，需要详细了解服务对象，总结其相关方面的需求，根据国家相关规定合理选择和使用该技术。例如，在保证技术应用满足使用需要的前提下，分析技术的可操作性、便利性、经济性和发展性，尽量减少技术操作的难度，降低操作风险。此外，在设计相关技术应用时，还应考虑“人机”结合的管理思想，提高相关人员的素质，尽量减少人工操作对系统的不利影响。

7.2 加强技术应用动态管理

在伺服控制技术的应用过程中，应建立有针对性的管理机制，加强动态管理，根据实际情况及时进行技术调整优化，增强服务效果。例如，某设备虽然在初期满足使用要求，但由于长期使用，存在老化问题，性能减弱。除了工业生产要求的变化，对及其的控制要求也在提高。因此，应及时进行控制设备更换和系统升级。与时俱进。同时，要建立针对性的管理制度，设置专职管理人员，实现“专人、专职、专责”的“三专”管理模式。

8 结语

综上所述，目前的液压伺服控制系统已在我国钢铁行业得到广泛应用。通过系统控制，可以保证和提高整体效率，从而增加我国机械制造业的可塑性。在未来的发展中，应重视信息集成和信息融合技术的研究，将数据采集、混合智能故障诊断技术和远程协同诊断技术相结合，更准确、更快速地诊断液压系统故障，以便更好地为工业自动化产能服务。