液壓伺服第二版0710教學課件：第四章

第4章機液伺服系統(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理量，如原動機的轉(zhuǎn)速控制等。機液伺服系統(tǒng)與電液伺服系統(tǒng)相比較（1）優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，維護方便；（2）缺點：①增益的調(diào)整不方便；②機械反饋機構(gòu)中，由于間隙的存在，將影響系統(tǒng)的性能，即性能不高；③不易實現(xiàn)校正；④響應速度和精度低。在飛機、汽車、工程機械、機床等行業(yè)得到廣泛應用。4.1機液位置伺服系統(tǒng)內(nèi)反饋機液位置控制伺服系統(tǒng)（一）、機液位置伺服系統(tǒng)工作原理4.1機液位置伺服系統(tǒng)外反饋機液位置控制伺服系統(tǒng)機液位置伺服系統(tǒng)原理圖（二）、系統(tǒng)方塊圖（1）外反饋機液位置控制伺服系統(tǒng)拉氏變換：（2）閥控液壓缸活塞輸出位移：系統(tǒng)方框圖（三）、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析開環(huán)傳遞函數(shù)：式中：Kv為開環(huán)放大系數(shù)(或開環(huán)增益).根據(jù)波德圖給出穩(wěn)定性條件：

由圖4—3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。4.2結(jié)構(gòu)柔度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響一、基本方程與傳遞函數(shù)閥的流量方程：流量連續(xù)性方程：液壓缸活塞受力平衡方程：4.2結(jié)構(gòu)柔度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響負載力平衡方程缸體力平衡方程對上述三個力平衡方程簡化后得:(在大慣性負載時,忽略mp,mc,Bp,BL)綜合推得：聯(lián)立整理得：綜合推得：總傳遞函數(shù)：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)定性假定反饋從負載端取出構(gòu)成全閉環(huán)系統(tǒng)，如圖4—6所示。開環(huán)系統(tǒng)的伯德圖見圖4—7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。（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4－8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4—7中曲線5，從而改善了系統(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。4.3動壓反饋裝置液壓阻尼比小直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度和精度，因此提高阻尼比是十分重要的。動壓反饋可以有效地提高阻尼比。常用動壓反饋裝置：①液阻加空氣蓄能器；②液阻加彈簧活塞蓄能器。（一）液阻加空氣蓄能器的動壓反饋裝置（二）液阻加彈簧活塞蓄能器的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、響應速度和精度。因此提高阻尼比，對改善系統(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）液阻加空氣蓄能器的動壓反饋裝置（1）層流液阻的流量方程：（2）氣體的狀態(tài)方程（等溫過程）：求導：壓力變化不大時p0≈p：（3）流量連續(xù)性方程：即：拉氏變換：對液阻流量方程拉氏變換得：即有：同理：由上面兩式相減：因Qd1=-Qd2=Qd：則動力反饋的傳遞函數(shù)為：式中τd時間常數(shù)：（二）液阻加彈簧活塞蓄能器的動壓反饋裝置（1）層流液阻的流量方程：（2）彈簧活塞蓄能器的流量連續(xù)性方程：（3）彈簧活塞蓄能器的力平衡方程：由以上三個方程得：拉氏變換：其傳遞函數(shù)為：動壓反饋的Bode圖：一、基本方程：二、方框圖與傳遞函數(shù)：

動壓反饋對系統(tǒng)的性能改善：三、傳遞函數(shù)簡化液壓固有頻率：液壓阻尼比：附加阻尼比：附加阻尼比的Bode圖：1、什么是機液伺服系統(tǒng)？機液伺服系統(tǒng)有什么優(yōu)缺點?2、為什么常把機液位置伺服系統(tǒng)稱作力放大器或助力器?3、為什么機液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度和控制精度由液壓動力元件的特性所決定？4、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?5、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?6、考慮結(jié)構(gòu)剛度的影響時，如何從