第6章電液伺服系統(tǒng)本章摘要

介紹電液伺服系統(tǒng)類型，重點(diǎn)講述了三種典型電液伺服系統(tǒng)〔位置、速度、力〕的分析，并對(duì)電液伺服系統(tǒng)的校正方法加以論述。6.1電液伺服系統(tǒng)的類型根據(jù)被控物理量的不同,可分為:電液位置伺服控制系統(tǒng)，電液速度伺服控制系統(tǒng)，電液力伺服控制系統(tǒng)。根據(jù)輸入信號(hào)的形式不同，可分為：模似伺服控制系統(tǒng)；重復(fù)精度高，但分辨率低，抗干擾能力差。數(shù)字伺服控制系統(tǒng)；分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，是未來的開展方向。6.1電液伺服系統(tǒng)的類型一、模擬伺服系統(tǒng)在模擬伺服系統(tǒng)中，全部信號(hào)都是連續(xù)的模擬量，模擬伺服系統(tǒng)重復(fù)精度高，但分辨能力較低(絕對(duì)精度低)。伺服系統(tǒng)的精度在很大程度上取決于檢測(cè)裝置的精度，另外模擬式檢測(cè)裝置的精度一般低于數(shù)字式檢測(cè)裝置．所以模擬伺服系統(tǒng)分辨能力低于數(shù)字伺服系統(tǒng)。另外模擬伺服系統(tǒng)中微小信號(hào)容易受到噪聲和零漂的影響、因此當(dāng)輸入信號(hào)接近或小于輸入端的噪聲和零漂時(shí)，就不能進(jìn)行有效的控制了。二、數(shù)字伺服系統(tǒng)在數(shù)字伺服系統(tǒng)中，全部信號(hào)或局部信號(hào)是離散參量。因此數(shù)字伺服系統(tǒng)又分為全數(shù)字伺服系統(tǒng)和數(shù)字—模擬伺服系統(tǒng)兩種。6.2電液位置伺服控制系統(tǒng)〔一〕系統(tǒng)的組成及其傳遞函數(shù)自整角機(jī)和配套的變送器自整角機(jī)是專門用來測(cè)量差角的測(cè)量和反響元件.〔１〕自整角機(jī)〔２〕相敏放大器〔３〕伺服放大器〔４〕電液伺服閥〔５〕閥控液壓馬達(dá)由第三章動(dòng)力元件的閥控液壓馬達(dá)傳遞函數(shù)可得：〔６〕齒輪減速器由〔１〕～〔６〕畫出電液位置伺服控制系統(tǒng)的方塊圖，其開環(huán)傳遞函數(shù)為：開環(huán)傳遞函數(shù)為：即：式中：Ｋv

為開環(huán)增益簡(jiǎn)化方框圖：把伺服閥當(dāng)作比例環(huán)節(jié),簡(jiǎn)化方塊圖〔二〕電液位置伺服控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)〔１〕穩(wěn)定性為保證系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定性，必須要求系統(tǒng)要有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕量，一般：開環(huán)Bode圖〔二〕電液位置伺服控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)〔２〕響應(yīng)特性①對(duì)輸入信號(hào)的閉環(huán)頻率響應(yīng)；化簡(jiǎn)為：閉環(huán)參數(shù)與開環(huán)參數(shù)存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，為方便，可以直接從圖查得。由開環(huán)參數(shù)與閉環(huán)參數(shù)的關(guān)系圖可得如下結(jié)論：由開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)，分別畫出其Bode圖。系統(tǒng)開環(huán)與閉環(huán)Bode圖簡(jiǎn)化方框圖：〔２〕響應(yīng)特性②系統(tǒng)的閉環(huán)剛度特性；由系統(tǒng)的方塊圖，得當(dāng)時(shí)化為：〔３〕穩(wěn)態(tài)誤差分析①輸入信號(hào)引起的穩(wěn)態(tài)誤差〔跟隨誤差〕；電液位置伺服控制系統(tǒng)的對(duì)輸入指令的誤差傳遞函數(shù)為:由終值定理:Ⅰ階躍輸入Ⅱ斜坡輸入這里的斜坡輸入常系數(shù)c,即為執(zhí)行元件的速度(或轉(zhuǎn)速)。Ⅲ等加速度輸入②負(fù)載干擾力矩引起的穩(wěn)態(tài)誤差〔負(fù)載誤差〕由終值定理：③由零漂和死區(qū)引起的靜態(tài)誤差〔靜差或非線性誤差〕；6.3電液伺服系統(tǒng)的校正一、滯后校正１主要作用:是通過提上下頻段增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，或者在保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的條件下，通過降低系統(tǒng)高頻段的增益，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。２滯后校正的傳遞函數(shù)２滯后校正的傳遞函數(shù)3滯后校正網(wǎng)絡(luò)的Bode圖4電液位置伺服控制系統(tǒng)的校正校正后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)式中：電液位置伺服控制系統(tǒng)校正后的Bode5設(shè)計(jì)滯后校正網(wǎng)絡(luò)〔1〕根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，確定系統(tǒng)的開環(huán)增益Kvc；〔2〕由〔1〕式計(jì)算出Kvc，畫出未校正系統(tǒng)的Bode圖，看幅值裕量和相位裕量是否滿足要求？〔3〕如果不滿足要求，那么根據(jù)所要求的幅值裕量和相位裕量確定新的幅值越頻率ωc；〔4〕選擇轉(zhuǎn)折頻率ωrc，一般;〔5〕確定滯后超前比α，。二、速度反響和加速度反響校正１主要作用速度反響校正的作用是：提高主回路的靜態(tài)剛度或者提高液壓固有頻率，減小速度反響回路內(nèi)的干擾和非線性的影響，以提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度。加速度反響校正的作用是：提高系統(tǒng)的液壓阻尼比。速度與加速反響回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為校正后整個(gè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為２只有速度反響校正的系統(tǒng)３只有加速度反響校正的系統(tǒng)４速度反響與加速度反響同時(shí)校正的系統(tǒng)注意：引入速度反響與加速度反響校正以提高固有頻率和阻尼比，但要受到速度與加速度反響回路穩(wěn)定性限制，注意該局部回路的穩(wěn)定性。三、壓力反響和動(dòng)壓反響校正１壓力反響校正壓力反響校正的作用是：提高系統(tǒng)的阻尼比，但會(huì)降低系統(tǒng)的靜態(tài)剛度。２動(dòng)壓反響校正壓力反響校正的作用是：提高系統(tǒng)的阻尼比，且不會(huì)降低系統(tǒng)的靜態(tài)剛度。6.4電液速度控制系統(tǒng)一、閥控馬達(dá)速度控制系統(tǒng)

速度控制系統(tǒng)是一個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，必須要加校正環(huán)節(jié)，可以考慮加RC滯后校正和積分校正。二、速度控制系統(tǒng)的組成及控制方式1閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)2變量泵控液壓馬達(dá)系統(tǒng)〔1〕開環(huán)控制6.4電液速度控制系統(tǒng)〔2〕閉環(huán)控制

積分放大器①積分放大器的傳遞函數(shù)②過渡特性①積分放大器的特性延緩作用;積累作用;記憶作用。6.5電液力控制系統(tǒng)一、

系統(tǒng)組成及工作原理電液力控制系統(tǒng)主要由伺服放大器、電液伺服閥、液壓缸和力電液力控制系統(tǒng)的方塊圖

第７章液壓伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)與液壓伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較1液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)以傳遞功率為主，一般要求滿足力和速度，要求節(jié)能，并有良好的功率匹配，主要是靜態(tài)設(shè)計(jì)?！藏?fù)載特性，速度特性，功率特性〕但是隨著液壓傳動(dòng)系統(tǒng)向著高壓、高速、大功率，集成化，自動(dòng)化方向開展，對(duì)性能質(zhì)量要求嚴(yán)格的系統(tǒng)，有必要進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。如：在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)、換向等階段常常出現(xiàn)振蕩、沖擊或顫抖，或者有時(shí)不能抵抗外來擾動(dòng)不能保持恒定的速度。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有：★擬定設(shè)計(jì)方案〔液壓系統(tǒng)原理圖〕；★設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)的主要參數(shù)：系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)流量、電機(jī)功率、液壓缸尺寸或液壓馬達(dá)排量、管道尺寸等；★液壓元件和相關(guān)液壓輔件的選型設(shè)計(jì)；★專用件的設(shè)計(jì)；★液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算；★液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與繪圖；★編制技術(shù)文件。一、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)與液壓伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較2液壓伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓伺服控制系統(tǒng)以傳遞控制信息為主，要求滿足有良好的響應(yīng)特性、控制精度和穩(wěn)定性，所以液壓伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既含靜態(tài)設(shè)計(jì)，又包括動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。液壓伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，以經(jīng)典的線性控制理論為根底，通過傳遞函數(shù)應(yīng)用頻率法對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差等進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行校正。但是對(duì)復(fù)雜的多輸入多輸出的液壓控制系統(tǒng)，而且液壓系統(tǒng)是本質(zhì)非線性和時(shí)變系統(tǒng)，應(yīng)用經(jīng)典的線性控制理論，用頻率法進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，有其一定的局限性，很難得到系統(tǒng)的最正確設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)和控制理論的開展，出現(xiàn)了以現(xiàn)代控制理論為根底，通過建立液壓系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)字模擬模型，以計(jì)算機(jī)為工具，通過對(duì)系統(tǒng)的數(shù)字模擬分析，求解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性，并通過一系列求優(yōu)過程，逐步逼近系統(tǒng)的最正確目標(biāo)，從而設(shè)計(jì)出更加精確完善的液壓控制系統(tǒng)。這種動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)域分析、完整地描述系統(tǒng)整個(gè)工作過程的狀態(tài)變化，可解線性、非線性和多輸入多輸出的復(fù)雜液壓系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者和機(jī)構(gòu)開展了卓有成效的研究工作。一、液壓伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)〔1〕靜態(tài)設(shè)計(jì)★擬定設(shè)計(jì)方案〔液壓系統(tǒng)原理圖〕；★設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)的主要參數(shù)：系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)流量、電機(jī)功率、液壓缸尺寸或液壓馬達(dá)排量、管道尺寸等；★液壓元件和相關(guān)液壓輔件的選型設(shè)計(jì)；★反響傳感器、伺服放大器選型設(shè)計(jì)；★專用件的設(shè)計(jì)；★液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與繪圖；★編制技術(shù)文件?！?〕動(dòng)態(tài)態(tài)設(shè)計(jì)★系統(tǒng)方塊圖和開環(huán)傳遞函數(shù)；★繪制Bode圖，由穩(wěn)定裕量確定系統(tǒng)開環(huán)增益；★系統(tǒng)快速〔閉環(huán)參數(shù)〕計(jì)算；★系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算；〔3〕檢驗(yàn)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)，必要時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)校正★良好液壓伺服控制系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖；★校正裝置的選擇與設(shè)計(jì)；三、液壓伺服控制系統(tǒng)的液壓能源選擇三、液壓伺服控制系統(tǒng)的液壓能源選擇三、液壓伺服控制系統(tǒng)的液壓能源選擇液壓控制系統(tǒng)講授完畢！祝同學(xué)們走上工作崗位后能充分發(fā)揮專業(yè)特長(zhǎng)，鵬程萬里，為母校爭(zhēng)光！

謝謝！安徽工業(yè)大學(xué)·機(jī)械工程學(xué)院第2版〔2007～2021〕主講教師:葉小華2007,12,28

1、考慮伺服閥的動(dòng)態(tài)時(shí)，如何用頻率法分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性？2、有哪些因素影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差?3、在電液伺服系統(tǒng)中為什么要增大電氣局部的增益，減小液壓局部的增益?4、開環(huán)增益、穿越頻