【小技巧】提升机电一体化系统中液压控制的5个技巧，你知道哪个？
在某些特定的工业生产领域，由于在速度、力量、功率密度等方面所具有的优势，液压技术仍然占据主流地位。在这些应用场合，利用现有的技术，电气机械式驱动不太可能替代液压系统。在机器设计中，如果使用液压驱动，这些技巧可以帮助用户改善功能、提升性能。
技巧 1: 利用速度来稳定和提升性能
几乎所有的电气机械式驱动，都使用了某种形式的速度反馈传感器，这些传感器被紧密的整合到驱动控制器的功能之中。这就是精确定义的速度/单位信号（速度增益），这些信号被用于驱动。然而，在液压驱动中，执行器的速度除了是指令信号的函数，还受到驱动器负载的较大影响。
速度的变化，会直接影响驱动器回路的增益，最终会影响运动的稳定性和精度。为控制增加速度反馈传感器，可以排除这一问题，但是很少有这样做的，尤其是当控制工程师对液压驱动不熟的时候。为了实现完整的系统功能，与液压驱动配套使用的控制器，必须具有补偿功能，以便补偿系统增益方面的变化。这些特性一般会使用某种形式的速度预估技术，来计算估计速度，从而稳定整个系统的增益。
专用的过滤器，或者“观察器”，可以通过反馈信号，获取预估的速度信号，在控制中使用。观察器使用简化的系统数学模型，导出计算速度信号。
技巧2：使用基于控制的阻尼
在现代高性能驱动系统中，阻尼是关键因素。当使用电气机械式驱动时，在驱动控制器内置的力矩和速度回路，可以为驱动提供较高水平的刚性和阻尼。液压驱动流体的顺从性或者弹性，与负载惯性或质量结合起来时，可以产生相对低频的“弹簧-质量”系统，具有内在的低阻尼。由于性能需求比较严格，驱动系统也许会有震荡的可能。
控制技术为液压驱动所提供的先进阻尼方法，可以分成三种：基于变送器的、基于观察器的和实时导出的。在基于传感器的阻尼中，驱动中增加了传感器。传感器可以是速度、加速度或压力传感器，或者是各种传感器的组合。使用电子滤波技术，这些传感器能够测量由于不稳定所引起的不期望的运动，然后通过校正信号来补偿不期望的运动。不过，增加传感器也会增加成本和复杂性。
利用基于观察器的阻尼，就可以在驱动器内的控制器中使用简化的数学模型。这个模型包括了共振和驱动器内在的低阻尼。使用可用的反馈信号（一般情况下是位置传感器），观察器可以预测到不期望运动的存在，然后提供补偿信号抵消其影响（图1）。大多数标准性能的计算机数字控制（CNC）系统和可编程逻辑控制器（PLC），并没有纳入先进的功能，所以可以使用为液压控制专门设计的高性能控制器。
图1：使用观察器，可以提高控制能力。
技巧3：利用专门设计的液压控制来管理力量
输出力矩控制，无论是单独实现还是与位置控制联合实现，在液压驱动中的重要性都在不断增加。在使用传统控制器的典型应用中，比如印刷工业，额定的印刷力矩只有在给定位点才会达到。尽管适用于某些应用，但是控制或限制力（力矩）的能力，基于不同的工艺过程需求，正在逐渐成为关键需求。在具有工业4.0属性的工厂内，随着灵活的生产单元越来越普遍，对于很多系统来讲，能够依据生产应用需求（控制速度和位置），来改变和控制不同等级的力量，成为一种必须具有的功能。
技巧4：记住，液压驱动是非线性的设备
液压驱动器的控制一般是非线性的。控制阀门是阻性设备，与电阻类似，流量（电流）是设备上压力降低（电压降低）的函数。流量与供油压力和负载端压力的差值成比例。
因此，对于给定阀门指令，流量会随着负载压力和供油压力的变化而变化。此外，很多液压控制阀门的流量和信号特性并不是线性的（图2）。结果就是液压轴的控制回路增益变化范围非常大。专门为液压控制设计的先进控制器，具有补偿阀门特性或使阀门性能曲线线性化的能力。从而可以极大的改善系统的性能。其它的控制功能还包括监视负载力矩或压力，从而可以适当的调整控制器的增益，进而改善现有性能。
图2：很多液压控制阀门的流量和信号特性并不是线性的，因此其结果就是液压轴的控制回路增益变化范围非常大，如果对此没有深刻的认识，就会导致系统性能较差或不稳定。图片来源：博世力士乐
技巧5：位置积分器可以帮助优化终点定位的精度
当液压执行器由控制器定位时，其基本的控制特性可以改变。由阀门控制的液压定位系统，在移动的过程中具有积分的特性。这就意味着阀门控制信号的任何变化，都会导致执行器速度的变化。因此，位置被定义为：
X= ∫ (信号输入) dt。
然而，当执行器到达期望的位置时，控制特性会从积分控制改变为比例控制。这是由于液压阀门内部的流量泄露所致。也许结果就是永远不会到达期望的位置。此外，负荷越大，或者是终点位置所需要的力矩越大，潜在的位置偏差就越大。
在定位控制中，使用积分器，可以实现终点定位的高精度，但是也会在运动过程中导致明显的不稳定。解决方法就是当位于定位点附近时，在控制中使用动态预处理以及打开积分项；当位于运动中的其它位置时，切掉积分项。这样可以大大改善最终的定位精度，而不会导致运动过程中的不稳定。
积分器的切换点，一般基于数个条件，这些条件被用于优化控制。专门为液压轴控制而设计的先进高性能控制器，就具有该特性。