運動控制是同時控制加速度、速度和位置以執(zhí)行有用的任務。這一表述中的關鍵概念是所有三個變量：加速度、速度和位置，都在控制之中。回顧一些基本的電液設計將有助于理解運動控制的概念。兩種傳統(tǒng)的液壓回路將用于說明這一點：離散或所謂的 bang-bang 方向控制和開環(huán)比例控制。

這兩個回路將引導我們找到最終的解決方案：電液位置伺服機構。結果表明，當電液伺服設計合理且控制系統(tǒng)適合該任務時，結果就是一個真正的運動控制系統(tǒng)，可滿足提高機器生產率和產品質量的不同目標，同時降低總體生產成本。

液壓系統(tǒng)設計師應在設計過程的早期就意識到，為控制閥提供恒定壓力的動力裝置適合運動控制任務。圖 1 顯示了恒壓源的 ISO 符號及其行為圖。圖 2 以示意圖形式顯示了現(xiàn)實世界的恒壓源。它通常由一個壓力補償泵組成，并配有大型蓄能器以適應伺服或比例閥的突然流量需求，以及一個單向閥，以防止泵必須反轉以吸收任何可能被迫返回泵的流量。

圖 2 還顯示了傳統(tǒng)壓力補償泵的壓力-流量特性。在低壓下，它表現(xiàn)為定量排量泵，提供幾乎恒定的流量，忽略內部泄漏。當壓力達到拐點值 PK 時，泵的壓力補償器開始工作，排量會隨著壓力的升高而自動減小。因此，在壓力高于 PK 時，壓力補償泵幾乎充當恒壓源。使用閉中心閥使該泵空轉肯定是安全的，不會有過壓的危險。

2. 實際的恒壓源由壓力補償泵、蓄能器和單向閥組成。這不是理想的恒壓源：壓力會根據組件的頻率響應高于或低于平均壓力。

為了理解這些問題，假設圖 3 中的限位開關 LS1 已關閉，左側電磁鐵通電，液壓缸以由供油壓力和閥門流量系數(shù)決定的速度將負載向右移動。在某個時刻，負載接合限位開關，這會導致方向閥居中并阻塞所有端口。負載將迅速減速，具體取決于其質量、液壓缸尺寸以及控制閥的換向速度。在負載實際停止之前可能會發(fā)生嚴重的沖擊和振動，尤其是在負載質量很大的情況下。

如果發(fā)生大沖擊，機器部件會承受高應力水平，從而縮短其使用壽命。還會出現(xiàn)非常高的壓力峰值（或通常所說的尖峰）。這些壓力峰值會使液壓部件（包括缸管和密封件）過度受力，導致過早泄漏和故障。外部振動會使整個機器移動，對管道施加機械應力，從而導致配件故障。

在振蕩停止過程中，如果力、壓力

或速度傳感器的輸出可以顯示在示波記錄儀器上，通過記錄，則可以測量振動的頻率。該頻率稱為流體機械共振頻率 (HMRF)，可以使用多種方法中的任意一種來計算。

自毀的可能性可能是離散控制系統(tǒng)的最大缺點。但是，停止點的可重復性差也可能是一個嚴重的缺點。當系統(tǒng)設計人員使用限位開關啟動減速時，他們通常這樣做是因為應用程序需要將負載停止在某個可預測和受控的位置。不幸的是，在離散系統(tǒng)中，幾個隨機效應會導致最終停止點發(fā)生相當大的變化。實際停止時間是一個復雜的函數(shù)：

• 負載質量的大小、

• 閥的換向時間、

• 閥芯重合位關閉的時間、

• 閥的泄漏、

• 液壓缸內泄漏、

• 液壓缸和負載內的摩擦、

• 流體粘度，

• 以及數(shù)字控制器（PLC）的掃描時間（如果使用）。

交流電磁閥產生的閥門換向時間受交流電源線 60 或 50 Hz 正弦波切換瞬間的影響。閥門換向時間的隨機變化至少為半個線路周期的時間（60 Hz 系統(tǒng)中為 8.3 毫秒，50Hz 系統(tǒng)中為 10 毫秒）。這增加了閥門換向時間的正常隨機變化。

負載和液壓缸摩擦也會產生隨機變化。這些受系統(tǒng)溫度的影響，工藝流體的粘度也是如此，這會將其自身的變化強加到停止時間中。如果使用數(shù)字控制器，停止時間的隨機變化將至少等于一個完整的掃描間隔。數(shù)字控制器越慢，變化越大。最終結果是，當對圖 3 中的系統(tǒng)進行可重復性測試時，實際停止點將因試驗而異。

控制器被描繪成一個數(shù)字設備，可以通過傳統(tǒng)鍵盤輸入減速點。作為數(shù)字設備，它在任何給定時刻只能關注一個項目或任務。也就是說，當它“查看"減速設定點時，它不能查看位置傳感器輸出。這兩個事件之間必然存在時間差。此外，PLC 可能還有許多其他任務會分散其注意力，例如監(jiān)測和控制溫度、油箱液位等。由此產生的延遲是控制器的掃描時間，它決定了系統(tǒng)的性能。

因此，我們看到每個任務實際上是定期執(zhí)行的。一個任務（例如，監(jiān)測位置傳感器輸出）的瞬間和再次執(zhí)行該任務的瞬間之間的總時間差是總掃描時間。此外，事件發(fā)生的瞬間與控制器實際查看和看到事件的瞬間不同步。這導致停止點隨機變化。

繼續(xù)繞圖 4 的循環(huán)，請注意，控制器的輸出由啟停信號組成，該信號是根據減速設定點與位置傳感器的實際位置之間的比較而生成的。還請注意，來自控制器的啟停信號不直接連接到閥門電磁鐵。相反，它是通過斜坡發(fā)生器連接的。

斜坡發(fā)生器是許多比例閥放大器的常見選項。如果命令輸入變?yōu)楦唠娖?，它會將輸出斜坡上升，直到等于命令電壓。如果沒有斜坡，放大器輸出將幾乎與來自控制器的命令信號一樣快地跳升。但是使用斜坡發(fā)生器，即使命令是一個步驟（如圖所示），輸出也是緩慢變化的閥門線圈信號。這可以防止閥芯突然跳到比例位置。相反，閥芯會緩慢打開或關閉，從而提供相當大的加速度控制。

斜坡電路配有微調電位器，允許用戶調整輸出變化的速率，從而控制閥芯移動的速率。這比離散方向系統(tǒng)中提供的開關控制有了重大改進，因為沖擊大大減少。此外，斜坡的可調性使用戶能夠立即反饋調整的有效性。