液壓伺服與比例控制系統(tǒng)Chapter4

1、液壓伺服控制系統(tǒng) 多媒體授課系統(tǒng)多媒體授課系統(tǒng)本章摘要 由機械反饋裝置和液壓動力元件所組成的反饋由機械反饋裝置和液壓動力元件所組成的反饋控制系統(tǒng)稱為機械液壓伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)控制系統(tǒng)稱為機械液壓伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)主要用來進行位置控制，也可以用來控制其它物主要用來進行位置控制，也可以用來控制其它物理量，如原動機的轉(zhuǎn)速控制等。理量，如原動機的轉(zhuǎn)速控制等。4.1 機液位置伺服系統(tǒng)機液位置伺服系統(tǒng) 一、系統(tǒng)方框圖一、系統(tǒng)方框圖液壓缸輸出位移：液壓缸輸出位移：2221421qcetvLppecephhhKKVXs FAAKXsss二、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析二、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析開環(huán)傳遞函數(shù)：開環(huán)傳遞函數(shù)：2

2、2( )( )21vhhhKG s H ssss根據(jù)波德圖給出穩(wěn)定性條件：由圖43所示的伯德圖可以看出，穿越頻率近似等于開環(huán)放大系數(shù)。安際上穿越頻率稍大于開環(huán)放大系數(shù)，而系統(tǒng)的頻寬又稍大于穿越頻率。所以開環(huán)放大系數(shù)愈大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度愈快。另外，開環(huán)放大系數(shù)越大，系統(tǒng)的控制精度也越高。所以要提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度，就要提高開環(huán)放大系數(shù)，但要受穩(wěn)定性限制。通常液壓伺服系統(tǒng)是欠阻尼的，由于阻尼比小限制了系統(tǒng)的性能。所以提高阻尼比對改善系統(tǒng)性能來說是十分關(guān)鍵的。20lg()()20lg02ghhhhKG jH j 12vhhK 4.2 結(jié)構(gòu)柔度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響結(jié)構(gòu)柔度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響一、基本方

3、程與傳遞函數(shù)一、基本方程與傳遞函數(shù)LqvcLQK XK P()4tLppctpLLeVQA s XXC PsP閥的流量方程：閥的流量方程：流量連續(xù)性方程：流量連續(xù)性方程：液壓缸活塞受力平衡方程：液壓缸活塞受力平衡方程：22()()pLtpppcspLA Pm s XBsXsXKXX4.2 結(jié)構(gòu)柔度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響結(jié)構(gòu)柔度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響負載力平衡方程負載力平衡方程缸體力平衡方程缸體力平衡方程22()spLLLLLLKXXm s XB sXF21()LpccppcscP Am s XB s XXK X 對上述三個力平衡方程簡化后得：對上述三個力平衡方程簡化后得：綜合推得：綜合推得：2()Lp

4、spLP AKXX22()spLLLLKXXm s XF1LpscP AK X 222221111LLLLppLLpLssLLcLssFPm s XAAmFXsXKKmFXs XKK聯(lián)立整理得：聯(lián)立整理得：綜合推得：綜合推得：22212221214114qLtLLceLvLpepsspcetLpepssKm VmmK mXsssXAAKKAKVFAAKK2221qpLvnnnKAXXsss22211LpsXsX總傳遞函數(shù)：22222121qppsvnnnKsXAXsss二、考慮結(jié)構(gòu)柔度的系統(tǒng)穩(wěn)定性二、考慮結(jié)構(gòu)柔度的系統(tǒng)穩(wěn)定性（一）全閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（一）全閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性假定反饋從負載端取出構(gòu)

5、成全閉環(huán)系統(tǒng)，如圖假定反饋從負載端取出構(gòu)成全閉環(huán)系統(tǒng)，如圖46所示。開環(huán)所示。開環(huán)系統(tǒng)的伯德圖見圖系統(tǒng)的伯德圖見圖47曲線，此時系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為曲線，此時系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為 ，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和頻寬受綜合諧振頻率和綜合阻尼比所限制。系統(tǒng)的穩(wěn)定性和頻寬受綜合諧振頻率和綜合阻尼比所限制。2vnnK 22222121qppsvnnnKsXAXsss（二）半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（二）半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性如果反饋從活塞輸出端引出構(gòu)成半閉環(huán)系統(tǒng)，其方塊圖如圖如果反饋從活塞輸出端引出構(gòu)成半閉環(huán)系統(tǒng)，其方塊圖如圖48所示。此時系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)含有所示。此時系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)含有2階微分環(huán)節(jié)，當諧振頻率與階微分環(huán)節(jié)，當諧振頻

6、率與綜合諧振頻率靠的很近時，反諧振二階微分環(huán)節(jié)對綜合諧振有一個綜合諧振頻率靠的很近時，反諧振二階微分環(huán)節(jié)對綜合諧振有一個對消作用，使綜合諧振峰值減小，如圖對消作用，使綜合諧振峰值減小，如圖47中曲線中曲線5，從而改善了，從而改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的穩(wěn)定性。總結(jié)：半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性比全閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性好得多。但半總結(jié)：半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性比全閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性好得多。但半閉環(huán)系統(tǒng)的精度一般來說精度要比全閉環(huán)系統(tǒng)低。閉環(huán)系統(tǒng)的精度一般來說精度要比全閉環(huán)系統(tǒng)低。2vnnK 2vnnK 4.3 動壓反饋裝置液壓伺服系統(tǒng)往往是欠阻尼的，液壓阻尼比小直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和精度。因此提高阻尼比，對

7、改善系統(tǒng)性能是十分重要的。采用動壓反饋可以有效地提高阻尼比，兩種常用的動壓反饋裝置，分別是液阻加空氣蓄能器和油氣阻尼器，一、基本方程：一、基本方程：二、方框圖與傳遞函數(shù)：二、方框圖與傳遞函數(shù)：LqvcLQK XK P( )4tLpptpdLLeVQA sXCGs PsP2pLtpA Pm s X三、傳遞函數(shù)簡化液壓固有頻率：液壓阻尼比：2221qppvhhhKXAXsss24ephttAmV( )ceetdethptptKmGsmAVAV附加阻尼比：( )1detccetptpctGsmCsmAVAsV11cetcchdptccCmssKAVssn1、什么是機液伺服系統(tǒng)？機液伺服系統(tǒng)有什么優(yōu)缺點?n2、為什么常把機液位置伺服系統(tǒng)稱作力放大器或助力器?n3、為什么機液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和控制精度由液壓動力元件的特性所決定？n4、為什么在機液位置伺服系統(tǒng)中，閥流量增益的確定很重要?n5、低阻尼對液壓伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性有什么影響?如何提高系統(tǒng)的阻尼，這些方法各有什么優(yōu)、缺點?n