黃鐵隆 李 勝 阮 健 陳滋凱

(特種裝備制造與先進加工技術(shù)教育部重點實驗室(浙江工業(yè)大學(xué)) 杭州 310014)

0 引 言

隨著我國現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，電液伺服控制系統(tǒng)在汽車動力、工程機械、能源勘測、工業(yè)生產(chǎn)、精密加工[1-3]等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中，具有機-電轉(zhuǎn)換和信號放大作用的電液伺服閥對系統(tǒng)的性能起著決定性的影響。近年來，一種集先導(dǎo)控制和功率放大于一體的2D伺服閥得到了業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。相對其他伺服閥，該機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、抗污染能力強、響應(yīng)速度快等優(yōu)點[4-5]，廣泛適用于航空航天等對功率密度要求較高的工作場合。

電-機械轉(zhuǎn)換器作為伺服閥的核心組成部分，其靜動態(tài)特性的優(yōu)劣，直接影響著電液伺服閥的性能。傳統(tǒng)電液伺服閥的頻寬主要由電-機轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)速度所限制，在負載恒定的情況下，通常只能達到電-機轉(zhuǎn)換器固有頻率的0.2倍左右[6]。因此，提高電-機械轉(zhuǎn)換器的頻響和帶載能力是提高電液伺服閥性能的前提。為此，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量相關(guān)研究。目前，對電-機械轉(zhuǎn)換器的改進主要分為優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、改善控制算法及應(yīng)用新型材料等[7]。Nezamabadi等人[8]提出了一種新的旋轉(zhuǎn)線性混合動作開關(guān)磁阻電動機(switched reluctance motor, SRM)結(jié)構(gòu)，進行對比實驗后得出新型電機在同等體積下扭矩提升23%。高春甫和曲興田等人[9-10]研制了一種壓電驅(qū)動的伺服閥用電-機械轉(zhuǎn)換器，實驗結(jié)果顯示其線性度好、滯環(huán)小、響應(yīng)快，具有較好的動靜態(tài)特性。Yao等人[11]提出了一種帶有擴張狀態(tài)觀測器(extended state observer, ESO)的魯棒自適應(yīng)控制(adaptive robust control, ARC)方法，用于由直線電機驅(qū)動的高精度運動系統(tǒng)，經(jīng)廣泛對比實驗后表明，所提出的控制器動態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)態(tài)誤差小，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的跟蹤精度。Sun等人[12]提出了一種基于擴展擾動觀測器的非線性運動控制方法，用于電液系統(tǒng)的高性能運動控制，實驗表明所提出的控制器具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)，并能在存在參數(shù)不確定性和外部干擾的情況下提供精確的位置跟蹤。然而，結(jié)構(gòu)優(yōu)化型電-機械轉(zhuǎn)換器通常具有特殊的應(yīng)用場景，適用范圍較小；新型材料式電機械轉(zhuǎn)換器存在材料處理困難、對外界環(huán)境波動較為敏感的不足；而改善控制算法因其適用范圍廣、可移植性強、應(yīng)用方便等特點，已經(jīng)成為研究熱點。

步進電機作為一種常用的電-機械轉(zhuǎn)換器，具有如下優(yōu)點。首先，步進電機固有頻率高，普通的步進電機固有頻率為200～400 Hz[13]，可以較好地滿足2D伺服閥的快速響應(yīng)需求；其次，步進電機的結(jié)構(gòu)特點使其在起停轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)矩最大，具有優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)速度，與2D伺服閥工作時的運行情況相符合；最后，步進電機抗干擾性強、定位精度高，便于實現(xiàn)數(shù)字化控制。因此，本文采用兩相混合式步進電機作為2D伺服閥的電-機械轉(zhuǎn)換器并對其采用雙閉環(huán)控制。但由于步進電機是一種非線性時變系統(tǒng)，工業(yè)中常用于閉環(huán)反饋控制的PID控制方法本質(zhì)上是線性控制器，且存在諸如經(jīng)典微分器易放大噪聲、線性加權(quán)控制律過于簡單、對于時變擾動的抑制較弱等問題，在2D伺服閥電-機械轉(zhuǎn)換器上難以取得較好的控制效果。自抗擾控制(active disturbance rejection control，ADRC)[14]是一種新型非線性控制器，可實時估計并補償系統(tǒng)內(nèi)外擾動，結(jié)合非線性組合的控制策略，具有結(jié)構(gòu)簡單、抗擾能力強、實用性強等優(yōu)點。因此，本文提出了基于自抗擾控制的同步跟蹤控制算法，該算法可以實時估計2D伺服閥電-機械轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)在不同工況下電感、摩擦力等內(nèi)部參數(shù)的變化以及外部負載干擾并進行補償，具有較好的魯棒性及抗干擾能力。

1 2D伺服閥電-機械轉(zhuǎn)換器同步控制算法

2D伺服閥[15]主要由閥體、步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器及傳動機構(gòu)等部分組成。步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器將輸入的電信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子角位移，經(jīng)傳動機構(gòu)放大力矩后帶動2D伺服閥閥芯轉(zhuǎn)動，閥芯的轉(zhuǎn)動再由液壓伺服螺旋機構(gòu)轉(zhuǎn)換為閥芯的軸向位移，從而實現(xiàn)2D伺服閥的流量控制。

1.1 電-機械轉(zhuǎn)換器控制原理

傳統(tǒng)上步進電動機以步進的方式工作，使得閥的分辨率有限，工作精度不高，雖然采用細分的方式可以提高閥的分辨率，但也降低了閥的頻響，存在著閥的分辨率和響應(yīng)速度之間的矛盾[16]。實際上，混合式步進電動機原理上是永磁感應(yīng)子式同步電動機，故本文采用同步電機的工作原理實現(xiàn)對步進電動機的同步控制。控制流程如下：在A、B兩相繞組中通入相位相差π/2的正弦電流ia、ib，使電機內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場θm；電機轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場θm同步轉(zhuǎn)動，輸出角位移θ；當(dāng)兩相繞組中的電流交變一個周期，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。因此，只需控制步進電動機繞組的電流ia、ib，即控制了步進電動機內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)磁場θm，從而控制步進電動機轉(zhuǎn)子的位置θ，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子在任意位置快速精確定位。

1.2 電-機械轉(zhuǎn)換器數(shù)學(xué)模型

為了分析方便，在此假設(shè)定子齒的磁導(dǎo)是按正弦變化，磁滯效應(yīng)和渦流忽略不計，相繞組沿定子圓周呈正弦分布。則電動機相繞組的電壓平衡方程表示為

(1)

(2)

式中，R、Nr、θ分別為繞組電阻、電機齒數(shù)、電機轉(zhuǎn)子角位移，L、Ke分別為電感系數(shù)和電機繞組的反電動勢系數(shù)，Ia、Ib分別為繞組a、b的電流，Ua、Ub分別為繞組a、b的電壓。

電機輸出電磁力矩為

Te=TmsinNr(θm-θ)

(3)

式中，Tm為繞組產(chǎn)生電磁力矩的峰值，θm為理論旋轉(zhuǎn)磁場的角位移。

電機轉(zhuǎn)子動力學(xué)方程為

(4)

式中，TD為電機負載轉(zhuǎn)矩，KL為電機外加彈性剛度，Bc為電機摩擦阻尼系數(shù)，Jr為轉(zhuǎn)子等效轉(zhuǎn)動慣量。

式(1)～(4)構(gòu)成了兩相混合式步進電機的數(shù)學(xué)模型。

1.3 電-機械轉(zhuǎn)換器的基于自抗擾控制的同步跟蹤控制算法

根據(jù)前述同步控制原理，為保證電-機械轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)子在任意角位置快速精確定位，同時確保電-機械轉(zhuǎn)換器在不同的電感、摩擦力等系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)以及外部負載干擾、系統(tǒng)工作壓力波動等影響時仍能達到良好的控制效果，本文提出了基于自抗擾控制的同步跟蹤控制算法，其控制框圖如圖1所示。該算法是帶有前饋控制的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要由位置自抗擾控制器、前饋補償、失調(diào)角限制和電流閉環(huán)等組成。

圖1 基于自抗擾控制的同步跟蹤控制算法

基于自抗擾控制的同步跟蹤控制算法的最外環(huán)是位置閉環(huán)。該位置閉環(huán)采用自抗擾控制器來實現(xiàn)，其目的是確定所需要的理論旋轉(zhuǎn)磁場θm(t)，以使電-機械轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)子位置θ(t)在輸入控制信號θi(t)作用下在任意位置快速精確定位。通過基于自抗擾控制的位置閉環(huán)控制不僅可以避免轉(zhuǎn)子位置受到電-機械轉(zhuǎn)換器的電感等內(nèi)部參數(shù)、所受內(nèi)部摩擦力以及外界負載變化等因素的影響，從而達到在任意位置快速精準(zhǔn)定位的目的，同時也消除了由電-機械轉(zhuǎn)換器的磁滯和磁飽和等非線性因素對電-機械轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)子輸出特性所產(chǎn)生的滯環(huán)等非線性特性。

由于自抗擾控制器的輸出追求的是使失調(diào)角為0，而電-機械轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)子的運動又必須由失調(diào)角來牽引，因此，在此算法中又引入了前饋控制，由自抗擾控制器的輸出和前饋控制共同確定所需要的理論控制磁場θm(t)。同時，為了防止電-機械轉(zhuǎn)換器發(fā)生失步現(xiàn)象，在此算法對旋轉(zhuǎn)控制磁場的每個控制周期的變化量進行一定的限制，即將失調(diào)角限制在±π(半個齒距角)之間。

1.4 自抗擾控制器設(shè)計

自抗擾控制器由跟蹤-微分器(tracking differentiator, TD)，擴張狀態(tài)觀測器和非線性反饋控制律(nonlinear state error feedback, NLSEF)構(gòu)成，這3部分可以有多種不同的形式。綜合考慮其控制精度及響應(yīng)速度，本文選用了結(jié)構(gòu)簡單、工程適用性高的一階自抗擾控制器，如圖2所示。

圖2 一階位置自抗擾控制器框圖

(1) TD設(shè)計

TD的主要作用是在輸入控制信號突變時，為其安排過渡過程，抑制其快速跳變，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電-機械轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)子角位移在無超調(diào)的狀態(tài)下快速跟蹤輸入信號。TD的計算方程如下：

(5)

非線性函數(shù)fal(ε,α,δ)的定義為

(6)

式中，z11為電-機械轉(zhuǎn)換器輸入角位移信號θi(t)的過渡過程，r0為跟蹤速度因子，α0為非線性因子，δ0為濾波因子。

(2)ESO設(shè)計

ESO通過對輸入控制信號與電-機械轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)子實際角位移信號來構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)，進而跟蹤實際角位移信號θ(t)并實時估計系統(tǒng)內(nèi)外擾動總和。其計算方程如下：

(7)

式中，z21為實際角位移信號θ(t)的跟蹤項，z22為內(nèi)外擾動總和的估計項，α1為非線性因子，δ1為濾波參數(shù)，β1、β2為誤差校正增益系數(shù)。

(3)NLSEF設(shè)計

NLSEF可將誤差信號進行非線性組合，實現(xiàn)小誤差大增益，大誤差小增益的高效率控制，其計算公式如下：

(8)

式中，u0為非線性反饋控制律的輸出控制量，α2為非線性因子，δ2為濾波參數(shù)，β3為誤差比例增益參數(shù)。

(4)動態(tài)補償設(shè)計

根據(jù)ESO的估計結(jié)果對2D伺服閥電-機械轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)實時補償，其計算方程如下：

u=u0-z22/b0

(9)

式中，u為動態(tài)補償后的控制量，也是自抗擾控制器的輸出信號；b0為補償因子。

1.5 仿真分析

本節(jié)應(yīng)用Matlab/Simulink仿真軟件，在同步跟蹤控制算法的位置環(huán)分別采用PID控制和自抗擾控制對電機進行了仿真分析。表1為步進電機各項參數(shù)，表2為所設(shè)計的自抗擾控制器各項參數(shù)。

表1 步進電機參數(shù)

表2 自抗擾控制器參數(shù)

1.5.1 靜動態(tài)特性分析

(1) 靜態(tài)特性分析

在閥滿開口幅值條件下，輸入頻率為0.1 Hz的三角波信號，可以得到電-機械轉(zhuǎn)換器的輸出，如圖3所示。根據(jù)輸入、輸出的關(guān)系可以得到輸入-輸出特性，如圖4所示。

圖3 0.1 Hz下電-機械轉(zhuǎn)換器的輸出特性

圖4 0.1 Hz下電-機械轉(zhuǎn)換器的輸入-輸出特性

從圖3可以看出，在0.1 Hz下，兩種控制算法的輸出很好地跟隨輸入信號，即電-機械轉(zhuǎn)換器具備很好的靜態(tài)特性。同時，從圖4可以看出，電-機械轉(zhuǎn)換器的輸入輸出特性是線性關(guān)系。

(2) 動態(tài)特性分析

在25%閥滿開口幅值條件下，輸入不同頻率的正弦控制信號，通過仿真可以得到電-機械轉(zhuǎn)換器不同頻率下的頻率響應(yīng)。根據(jù)不同頻率下的頻率響應(yīng)，可以得到其頻率特性，如圖5所示。在閥滿開口幅值條件下，輸入一階躍信號，通過仿真可得到電-機械轉(zhuǎn)換器階躍響應(yīng)，如圖6所示。

從圖5可以看出，采用自抗擾控制的電-機械轉(zhuǎn)換器對應(yīng)-3 dB、-90 °的頻寬為450 Hz，而采用PID控制的電-機械轉(zhuǎn)換器對應(yīng)-3 dB、-90 °的頻寬僅為390 Hz?？芍捎米钥箶_控制的電-機械轉(zhuǎn)換器具有較寬的頻寬，說明其頻率特性較之PID控制有所提高。

圖5 頻率特性

從圖6中可以看出，自抗擾控制的上升時間為3.0 ms，而PID控制的上升時間為4.2 ms，可得自抗擾控制的響應(yīng)速度更快，具有更好的動態(tài)特性。

圖6 階躍響應(yīng)

1.5.2 不同內(nèi)部參數(shù)下的系統(tǒng)魯棒性分析

(1) 不同電感下的階躍響應(yīng)

在其他條件不變的情況下，改變電-機械轉(zhuǎn)換器的電感參數(shù)為1 mH，并輸入閥滿開口幅值的階躍信號，可得到電-機械轉(zhuǎn)換器電感變化情況下的階躍響應(yīng)曲線，仿真結(jié)果如圖7所示。

從圖7可以看出，在電感變化的情況下，自抗擾控制的上升時間為4.4 ms，PID控制的上升時間為6.5 ms。相比電感變化之前的階躍響應(yīng)，自抗擾控制的上升時間延緩了1.6 ms，PID控制延緩了2.3 ms，自抗擾控制的響應(yīng)速度減緩較小，且其上升曲線更加平穩(wěn)，可知其受電感變化影響較小。

圖7 電-機械轉(zhuǎn)換器電感變化后的階躍響應(yīng)

(2) 不同電機內(nèi)部摩擦力下的階躍響應(yīng)

在其他條件不變的情況下，改變電-機械轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部總摩擦力參數(shù)為3 kg·cm/s2，并輸入閥滿開口幅值的階躍信號，可得到電-機械轉(zhuǎn)換器內(nèi)部總摩擦力變化情況下的階躍響應(yīng)曲線，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 電-機械轉(zhuǎn)換器內(nèi)部摩擦力變化后的階躍響應(yīng)

從圖8可以看出，在總摩擦力變化的情況下，自抗擾控制的上升時間為6.2 ms，PID控制的上升時間為8.5 ms，相比總摩擦力變化之前的階躍響應(yīng)，自抗擾控制的上升時間延緩了3.4 ms，PID控制的上升時間延緩了4.3 ms，可知自抗擾控制受總摩擦力變化的影響較小。

在不同電感、摩擦力條件下的階躍響應(yīng)仿真分析中，PID控制受內(nèi)部參數(shù)變化影響顯著，在上升過程中持續(xù)發(fā)生震蕩現(xiàn)象，減緩其響應(yīng)速度的同時，也影響了系統(tǒng)的動態(tài)控制；自抗擾控制僅由于電-機械轉(zhuǎn)換器內(nèi)部總摩擦力參數(shù)的增加或電感的減小而導(dǎo)致了響應(yīng)速度有所減緩，上升曲線依然非常平穩(wěn)，可見其對于內(nèi)部參數(shù)的變化有較好的魯棒性。

1.5.3 抗外部負載干擾仿真

在其他條件不變的情況下，在電機負載端對其施加力矩為6 N·m的連續(xù)脈沖干擾信號，并在輸入端輸入25%閥滿開口幅值的恒定信號，可得到電-機械轉(zhuǎn)換器的抗干擾特性曲線，仿真結(jié)果如圖9所示。

從圖9可以看出，在抗外部干擾實驗中，兩種控制算法都在3次尖峰跳動后再次穩(wěn)定，由于實現(xiàn)的是對位置的控制，而干擾信號對位置的改變量不大，所以兩種控制算法的尖峰跳動都沒超過系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值的±2%，PID控制下的輸出尖峰值約為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值的0.8%，而自抗擾控制下的輸出尖峰值為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值的0.5%，僅為PID控制下尖峰值的62.5%，具有更好的抗外部干擾特性。

圖9 抗外部負載干擾實驗局部圖

2 實驗研究

為測試步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器及2D伺服閥在基于自抗擾控制的同步跟蹤控制算法下的性能，搭建了如圖10所示的實驗平臺。實驗平臺主要由液壓子系統(tǒng)、樣閥、工控機、控制器、激光位移傳感器、信號發(fā)生器和示波器等組成。其中，信號發(fā)生器提供測試所需的輸入控制信號；激光位移傳感器用來檢測閥芯的軸向位移；示波器用于顯示和保存信號發(fā)生器所產(chǎn)生的輸入控制信號和激光位移傳感器所測得閥芯軸向位移信號；而電-機械轉(zhuǎn)換器控制器則主要根據(jù)所采集的來自信號發(fā)生器的輸入信號以及轉(zhuǎn)子角位移輸出信號(由固定在電機轉(zhuǎn)子上的角位移傳感器所測得)，在基于自抗擾控制的同步跟蹤控制算法下控制電-機械轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)動，同時，將所采集的輸入信號和轉(zhuǎn)子角位移輸出信號送工控機保存。

圖10 步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器及2D閥實驗平臺

2.1 步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器靜動態(tài)特性測試

圖11是步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器在低頻正弦輸入信號作用下所測得的輸入-輸出特性。圖12是步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器在階躍信號作用下所測得的階躍響應(yīng)。而圖13是步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器根據(jù)在不同頻率正弦信號下的頻率響應(yīng)所測得的頻率特性。

圖11 電-機械轉(zhuǎn)換器輸入-輸出特性

圖12 電-機械轉(zhuǎn)換器階躍響應(yīng)

從圖11可以看出，步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器具有良好的靜態(tài)特性，其輸入輸出特性呈線性關(guān)系。

從圖12可以看出，步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器采用PID控制時的上升時間約為6.5 ms，且具有一定的超調(diào)；而采用自抗擾控制時的上升時間約為5 ms，且上升曲線平滑，超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差幾乎為0，與仿真結(jié)果較為吻合。從圖13中可以看出，采用PID控制的電-機械轉(zhuǎn)換器對應(yīng)-3 dB、-90 °處的頻寬約為215 Hz，而采用自抗擾控制時的頻寬約為250 Hz。測試結(jié)果略低于仿真結(jié)果，這是因為仿真時忽略了電機的渦流和磁滯效應(yīng)等影響。由上述分析可得，采用自抗擾控制的電-機械轉(zhuǎn)換器具有較好的動態(tài)特性。

圖13 電-機械轉(zhuǎn)換器頻率特性

2.2 2D伺服閥頻率特性測試及抗系統(tǒng)壓力變化測試

2.2.1 2D伺服閥的階躍響應(yīng)及頻率特性

圖14是所測得的2D伺服閥在階躍信號作用下的階躍響應(yīng)。圖15是根據(jù)在不同頻率正弦信號下的頻率響應(yīng)所測得的頻率特性。

圖14 2D伺服閥的階躍響應(yīng)

由圖14可以看出，2D伺服閥的上升時間約為8 ms，超調(diào)量約為10%，而穩(wěn)態(tài)誤差約為0。由圖15可以看出，對應(yīng)幅值衰減-3 dB、相位滯后-90 °的頻寬約為135 Hz。與實測電-機械轉(zhuǎn)換器的頻寬相比，2D伺服閥的頻寬大幅度下降，這是由于2D伺服閥高、低壓小孔采用圓孔型，使得初始導(dǎo)控流量較小而導(dǎo)致的，可以通過采用斜槽型高、低壓小孔增大初始導(dǎo)控流量以提高閥的頻寬。階躍響應(yīng)特性和頻

圖15 2D伺服閥的頻率特性

率響應(yīng)特性均表明在步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器作用下2D伺服閥具有良好的動態(tài)特性。

2.2.2 2D伺服閥抗系統(tǒng)壓力變化測試

圖16是2D伺服閥在系統(tǒng)壓力變化時所測得的閥芯位移變化曲線。其中系統(tǒng)壓力的變化通過調(diào)節(jié)恒壓變量泵的先導(dǎo)比例壓力閥來實現(xiàn)，并由壓力傳感器檢測并送記憶示波器顯示和保存。

由圖16可以看出，當(dāng)系統(tǒng)壓力突然升高時，采用PID控制的2D伺服閥閥芯位移產(chǎn)生了一定程度的偏移，其最大偏差量為穩(wěn)態(tài)值(閥芯滿開口)的2.16%，受系統(tǒng)壓力影響明顯；而采用自抗擾控制的2D伺服閥閥芯位移的最大偏差量為穩(wěn)態(tài)值(閥芯滿開口)的0.55%，僅為PID控制最大偏差量的25.4%，說明自抗擾控制器對系統(tǒng)壓力變化有較高的適應(yīng)能力，系統(tǒng)參數(shù)的魯棒性相較于基于PID的控制算法更好。

(a) 自抗擾控制

3 結(jié) 論

本文提出了步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器基于自抗擾控制的位置電流雙閉環(huán)控制算法，不僅實現(xiàn)了2D伺服閥步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)子角位移在任意位置快速精確定位，而且，仿真分析表明采用該算法的步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器具有良好的動靜態(tài)特性。

采用基于自抗擾控制的位置電流雙閉環(huán)控制算法，在電感、摩擦力等電機內(nèi)部參數(shù)變化以及外部負載干擾作用下，步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器具有較傳統(tǒng)PID控制更好的控制性能和魯棒性。

實驗表明步進電機式電-機械轉(zhuǎn)換器及2D伺服閥具有良好的動靜態(tài)特性，即使在系統(tǒng)壓力變化時也能具有良好的控制效果，且抗干擾性強。