第3章 現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及分析

第3章現(xiàn)代液壓控制技術(shù)——

液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析2014年4月1

控，引也?！墩f(shuō)文》控弦破左的，右發(fā)摧月支。

——三國(guó)魏·曹植《白馬篇》制，裁也?！墩f(shuō)文》是故賢主之用人也，猶巧工之制木也，大者以為舟航柱梁，小者以為楫楔，修者以為櫩榱，短者以為朱儒析護(hù)。無(wú)小大修短，各得其所宜；規(guī)矩方圓，各有所施。

——《淮南子?主術(shù)訓(xùn)》機(jī)械制造2自動(dòng)控制系統(tǒng)3一.液壓控制系統(tǒng)基本原理概念液壓伺服系統(tǒng)是以液壓動(dòng)力元件為驅(qū)動(dòng)裝置的反饋控制系統(tǒng)。伺服servo,servus隨動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)又稱(chēng)為隨動(dòng)系統(tǒng)或跟蹤系統(tǒng)，是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)。4XPXi升力阻力飛機(jī)舵機(jī)液控制系統(tǒng)上應(yīng)用pS飛機(jī)舵機(jī)指令位移舵機(jī)位移XPXV比較杠桿5一.液壓控制系統(tǒng)基本原理液壓伺服系統(tǒng)（卷取機(jī)）6一.液壓控制系統(tǒng)基本原理液壓伺服系統(tǒng)7一.液壓控制系統(tǒng)基本原理控制過(guò)程的分解各崗位的職責(zé)：指令，信息獲取，運(yùn)籌，方案，作業(yè)團(tuán)隊(duì)，作業(yè)對(duì)象不同操作者的脾氣秉性：忠實(shí)者（比例），拖沓者（慣性），謹(jǐn)慎者（積分），前瞻者（微分），沖動(dòng)者（振蕩）團(tuán)隊(duì)奮斗的成果：穩(wěn)定性（是否完成任務(wù)），準(zhǔn)確性，快速性8一.液壓控制系統(tǒng)基本原理電液速度伺服系統(tǒng)舉例1—速度指令設(shè)定器2—校正裝置3—功率放大器4—線圈5—伺服閥6—液壓馬達(dá)7—齒輪箱8—速度傳感器9—切割小車(chē)10—鋼坯ll—拉輥12—輔助輪l3—結(jié)晶器l4—鋼水包9伺服控制系統(tǒng)的組成一.液壓控制系統(tǒng)基本原理上述伺服控制系統(tǒng)都是由輸入元件、比較元件、放大及轉(zhuǎn)換元件、執(zhí)行元件、反饋元件和控制對(duì)象組成的。實(shí)際上，任何一個(gè)伺服控制系統(tǒng)都是由這些元件組成的，如圖所示。10

由上述舉例可見(jiàn)，液壓伺服系統(tǒng)是由以下一些基本元件組成：

輸入元件——將給定值加于系統(tǒng)的輸入端的元件。該元件可以是機(jī)械的、電氣的、液壓的或者是其它的組合形式。

反饋測(cè)量元件——測(cè)量系統(tǒng)的輸出量并轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)的元件。各種類(lèi)型的傳感器常用作反饋測(cè)量元件。

比較元件——將輸入信號(hào)和反饋測(cè)量信號(hào)相比較，得出誤差信號(hào)的元件。

放大、能量轉(zhuǎn)換元件——將誤差信號(hào)放大，并將各種形式的信號(hào)轉(zhuǎn)換成大功率的液壓能量的元件。一.液壓控制系統(tǒng)基本原理11電氣伺服放大器、電液伺服閥均屬于此類(lèi)元件。

執(zhí)行元件——將產(chǎn)生調(diào)節(jié)動(dòng)作的液壓能量加于控制對(duì)象上的元件，如液壓缸和液壓馬達(dá)。

控制對(duì)象——各類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備，如機(jī)器工作臺(tái)、刀架等。

一.液壓控制系統(tǒng)基本原理12一.液壓控制系統(tǒng)基本原理液壓伺服系統(tǒng)的分類(lèi)按系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)：機(jī)液、電液、氣液按控制元件類(lèi)型：閥控（節(jié)流）恒壓、恒流泵控（容積）變量泵、變量馬達(dá)按被控物理量分類(lèi)：位置、速度、力、加速度及其它13一.液壓控制系統(tǒng)基本原理按輸入信號(hào)的變化規(guī)律分類(lèi)：定值、程序、伺服系統(tǒng)按信號(hào)類(lèi)型分類(lèi)：模擬、數(shù)字、混合系統(tǒng)14液壓伺服系統(tǒng)的工作特點(diǎn)如下：（1）是反饋系統(tǒng)：把輸出量的一部分或全部按一定方式回送到輸入端，并和輸入信號(hào)比較，形成反饋?zhàn)饔?。自?dòng)控制系統(tǒng)中多數(shù)是負(fù)反饋。（2）靠偏差工作：要使執(zhí)行元件輸出一定的能量，伺服閥必須有一定的開(kāi)口量，因此輸入和輸出之間必須有偏差信號(hào)。伺服系統(tǒng)正是依靠這一偏差信號(hào)進(jìn)行工作的。（3）是放大系統(tǒng)：執(zhí)行元件輸出的力和功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)的力和功率。

一.液壓控制系統(tǒng)基本原理15一.液壓控制系統(tǒng)基本原理液壓伺服系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)如下：液壓與氣壓伺服系統(tǒng)除具有其液壓與氣壓傳動(dòng)所固有的一系列優(yōu)點(diǎn)外，還具有控制精度高、響應(yīng)速度快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。但是，伺服元件加工精度高，因此價(jià)格較貴；特別是液壓伺服系統(tǒng)對(duì)油液的污染比較敏感，因此可靠性受到影響；在小功率系統(tǒng)中，液壓伺服控制不如電器控制靈活。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，液壓與氣壓伺服系統(tǒng)的缺點(diǎn)將不斷地得到克服。在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域中，液壓與氣壓伺服控制有著廣泛的應(yīng)用前景。16一.液壓控制系統(tǒng)基本原理體積小，質(zhì)量?。üβ寿|(zhì)量比大，為普通電機(jī)的10倍），適于大功率控制系統(tǒng)；負(fù)載剛度大，控制精度高；開(kāi)環(huán)速度剛度為電機(jī)的5倍，而電機(jī)的位置剛度近乎為零；響應(yīng)快，頻寬大；液壓馬達(dá)的啟動(dòng)時(shí)間為電機(jī)的十分之一，伺服閥的頻寬可達(dá)數(shù)千赫茲；適于機(jī)電液一體化；元件加工精度高，成本較為昂貴，對(duì)介質(zhì)污染敏感。17一.液壓控制系統(tǒng)基本原理一戰(zhàn)期間已應(yīng)用于艦艇尾舵控制。二十世紀(jì)四十年代應(yīng)用于飛機(jī)工業(yè)（舵面控制），目前已廣泛應(yīng)用于航空（機(jī)翼）、軍事（炮塔）、冶金（AGC）、船舶（尾舵）、交通（轉(zhuǎn)向助力）、工程機(jī)械（起重、道路攤鋪機(jī)）等各領(lǐng)域。18一.液壓控制系統(tǒng)基本原理減搖鰭19一.液壓控制系統(tǒng)基本原理飛行模擬20一.液壓控制系統(tǒng)基本原理連軋21一.液壓控制系統(tǒng)基本原理連鑄22一.液壓控制系統(tǒng)基本原理23怎樣分析與掌握

液壓控制系統(tǒng)24二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型之二：傳遞函數(shù)系統(tǒng)的輸出是由輸入量與t0=0時(shí)刻的初始狀態(tài)決定的。傳遞函數(shù)描述的是系統(tǒng)的零狀態(tài)（初始狀態(tài)為零）響應(yīng)。初始狀態(tài)為零的系統(tǒng)稱(chēng)為初始松弛系統(tǒng)。傳遞函數(shù)：對(duì)于初始松弛的系統(tǒng)，輸出與輸入量的拉氏變換之比。25二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)用傳遞函數(shù)研究控制系統(tǒng)時(shí)，一般先繪制出方塊圖，該方塊圖反映系統(tǒng)中各種信號(hào)流之間的相互關(guān)系。方塊圖的構(gòu)成元素有以下四種：1信號(hào)線：用箭頭表示信號(hào)的傳遞方向，在線上寫(xiě)出信號(hào)的時(shí)間函數(shù)或其拉氏變換式U（S）26二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)2引出線表示把信號(hào)引出，由于只取信號(hào)不取能量，所以信號(hào)量不減少U(s)U(s)U(s)3加法點(diǎn)（比較點(diǎn)）表示兩個(gè)信號(hào)代數(shù)相加U(s)U(s)Y(s)Y(s)27二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)4傳遞環(huán)節(jié)表示接受信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成其它信號(hào)U(s)Y(s)G(s)28二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)其傳遞函數(shù)其方塊圖U(s)Y(s)G(s)29二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)放大環(huán)節(jié)y=KuG(s)=K例液壓缸流量輸入與速度輸出Av=qG(s)=1/A

30典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)慣性環(huán)節(jié)其微分方程

其傳遞函數(shù)例液壓缸壓力輸入活塞位移輸出力平衡方程傳遞函數(shù)31典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)積分環(huán)節(jié)微分方程

傳遞函數(shù)例液壓缸流量輸入活塞位移輸出32典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)微分環(huán)節(jié)微分方程傳遞函數(shù)例液壓缸壓力輸入壓縮性流量輸出所以傳遞函數(shù)為33二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)振蕩環(huán)節(jié)微分方程傳遞函數(shù)例液壓缸輸入流量輸出速度流量連續(xù)性方程

力平衡方程傳遞函數(shù)34二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)35二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)36二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)或元件對(duì)正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)稱(chēng)為頻率特性或頻率響應(yīng)。應(yīng)用頻率特性來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，在控制理論中則稱(chēng)作頻率特性分析法或頻率響應(yīng)分析法。它對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性、品質(zhì)分析以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是很有效的一種方法。對(duì)于一個(gè)線性系統(tǒng)，當(dāng)輸入是一個(gè)正弦函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出也是一個(gè)與輸入角頻率相同的正弦函數(shù)，只是輸出的幅值與相角不同于輸入。若輸入為37二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)則穩(wěn)態(tài)輸出為38頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)是指線性時(shí)不變系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。輸入輸出3940二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)：穩(wěn)定性所謂自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就是如果系統(tǒng)受到外界擾動(dòng)，當(dāng)擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)能以足夠的精度恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的性能。若系統(tǒng)承受擾動(dòng)后不能再恢復(fù)初始平衡狀態(tài)，系統(tǒng)發(fā)生振蕩，這種系統(tǒng)稱(chēng)為不穩(wěn)定系統(tǒng)。41單擺系統(tǒng)穩(wěn)定倒擺系統(tǒng)不穩(wěn)定42二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)如果系統(tǒng)是穩(wěn)定的，在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，它的瞬態(tài)解衰減為零。所以要判斷一個(gè)系統(tǒng)是否穩(wěn)定就要分析它的瞬態(tài)解。而系統(tǒng)的瞬態(tài)解就是系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程中齊次部分的解。將此齊次微分方程拉氏變換后就得到一個(gè)以s為變量的代數(shù)方程。齊次方程的解也即系統(tǒng)的瞬態(tài)解的一些特性完全由此代數(shù)方程的解決定。這個(gè)代數(shù)方程就稱(chēng)為系統(tǒng)的特征方程。系統(tǒng)的特征方程也可由其傳遞函數(shù)得到，其閉環(huán)傳遞函數(shù)43二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)分母就是系統(tǒng)的特征方程。通常，我們可以將特征方程寫(xiě)成s的多項(xiàng)式，即44二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件：1)系統(tǒng)的特征方程的各項(xiàng)系數(shù)全部為正值；2)第1列，即均為正值45二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)：穩(wěn)定性46二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)：快速性47二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)：快速性48二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)：準(zhǔn)確性時(shí)稱(chēng)為“0”型系統(tǒng)，時(shí)稱(chēng)為“I”型系統(tǒng)，時(shí)稱(chēng)為“Ⅱ”型系統(tǒng)等等。由于系統(tǒng)穩(wěn)定性的考慮，實(shí)際系統(tǒng)中一般不超過(guò)二個(gè)積分環(huán)節(jié)，即。49二、怎樣分析與掌握液壓伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)：準(zhǔn)確性50液壓伺服系統(tǒng)（軋機(jī)AGC）51液壓控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)52液壓放大元件液壓放大元件是將輸入信號(hào)（位移）轉(zhuǎn)換成液壓流量（壓力）輸出的元件。實(shí)際上，液壓控制閥尚具有能量轉(zhuǎn)換的作用：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能。按閥芯結(jié)構(gòu)液壓放大元件主要有以下三類(lèi)滑閥——閥芯為多端圓柱體，閥芯相對(duì)閥體作軸向運(yùn)動(dòng)；噴嘴擋板閥——擋板相對(duì)噴嘴移動(dòng)；射流管閥——射流管相對(duì)接收孔道擺動(dòng)。53滑閥式液壓放大元件54液壓放大元件§1.圓柱滑閥的結(jié)構(gòu)形式與分類(lèi)1.按通道way數(shù)目分類(lèi)：二通、三通、四通2.按工作邊edge數(shù)目分類(lèi)：?jiǎn)芜叀㈦p邊、四邊3.按閥芯臺(tái)肩land數(shù)目分類(lèi)：二臺(tái)肩、三臺(tái)肩、四臺(tái)肩55液壓放大元件4.按零位開(kāi)口（預(yù)開(kāi)口）centertype形式分類(lèi)：四邊滑閥在初始平衡的狀態(tài)下，其開(kāi)口有三種形式，即負(fù)開(kāi)口（x>0）、零開(kāi)口（x=0）和正開(kāi)口（x<0）。具有零開(kāi)口的滑閥，其工作精度最高；負(fù)開(kāi)口有較大的不靈敏區(qū)，較少采用；具有正開(kāi)口的滑閥，工作精度較負(fù)開(kāi)口高，但功率損耗大，穩(wěn)定性也差。56液壓放大元件正開(kāi)口（負(fù)重疊）opencenter57液壓放大元件零開(kāi)口（零重疊）criticalcenter58液壓放大元件負(fù)開(kāi)口（正重疊）closedcenter59液壓放大元件5.按節(jié)流窗口形狀分類(lèi)：矩形窗口圓形窗口其它形狀窗口60液壓放大元件§2滑閥靜態(tài)特性的一般分析一、滑閥靜特性的線性化——閥系數(shù)節(jié)流口流量方程q=KA⊿pm=KWxV⊿pm

∴q=f(xV,⊿p)負(fù)載流量qL：通向負(fù)載的流量負(fù)載壓力pL：負(fù)載兩端的壓差；pL=p1-p261液壓放大元件qL=f(xV,pL)在工作點(diǎn)qL=qL1處作一階級(jí)數(shù)展開(kāi)，忽略高次項(xiàng)1.閥系數(shù)流量增益Kq=單位閥位移所產(chǎn)生的負(fù)載流量增量⊿qL=qL-qL1=⊿xV+⊿pL62液壓放大元件流量壓力系數(shù)Kc=單位負(fù)載壓力變化所引起的負(fù)載流量增量壓力增益（壓力靈敏度）Kp=單位閥位移導(dǎo)致的負(fù)載壓力增量三個(gè)閥系數(shù)之間的關(guān)系Kq=KcKp63液壓放大元件2.負(fù)載流量線性化方程3.各閥系數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響

⊿q=Kq⊿xV-Kc⊿pL

流量增益Kq

單位輸入閥位移所產(chǎn)生的輸出速度增量，積分后為輸出位移（幅值），由頻率特性概念，穩(wěn)態(tài)輸入輸出幅值比，幅頻特性，增益（開(kāi)環(huán)增益）。穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性。壓力增益Kp單位輸入閥位移所產(chǎn)生的負(fù)載壓力增量，pLAp（力），a（加速度），起動(dòng)能力。流量壓力系數(shù)Kc單位負(fù)載壓力升高所引起的負(fù)載流量的減小值，使系統(tǒng)輸出速度降低，該系數(shù)越大對(duì)輸出幅值的降低越大，從而形成輸出對(duì)輸入的大幅度衰減，輸出不能立即復(fù)現(xiàn)輸入，即形成阻尼。影響阻尼比，速度剛度。64液壓放大元件零位閥系數(shù)：Kq0，Kp0，Kc0伺服閥的工作點(diǎn)一般位于零位附近，此時(shí)，Kc0小，系統(tǒng)阻尼低，而Kq0大，系統(tǒng)增益大，故系統(tǒng)的穩(wěn)定性最差，如果此工作點(diǎn)處，系統(tǒng)可以穩(wěn)定地工作，則在其它工作點(diǎn)處均可穩(wěn)定工作。因此，零位閥系數(shù)對(duì)于液壓伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析具有非常重要的意義。

65液壓放大元件§3零開(kāi)口四邊閥的靜態(tài)特性、理想零開(kāi)口四邊滑閥的靜態(tài)特性1.理想零開(kāi)口四邊滑閥：幾何形狀理想：棱邊直角（與軸線垂直）；無(wú)間隙2.壓力——流量關(guān)系方程假設(shè)條件：無(wú)泄漏，控制窗口匹配、對(duì)稱(chēng)

qL=q1=qL=q3=閥匹配，故有：

A1=A3則=66液壓放大元件即ps-p1=p2∴ps=p1+p2考慮到pL=p1-p2有p1=(ps+pL)/2p2=(ps-pL)/2A1=A3=WxVW面積梯度areagradient,對(duì)于全周開(kāi)口閥，W=πd∴qL=67液壓放大元件當(dāng)xV﹤0時(shí)，（閥芯反向移動(dòng)時(shí)）qL=q2==qL=q4==統(tǒng)一表達(dá)式：qL=

68液壓放大元件無(wú)因次化方程取qLmax=其壓力——流量特性曲線如圖：69液壓放大元件70液壓放大元件對(duì)于第一象限內(nèi)，pL=ps時(shí)，qL=0。此時(shí)，油源壓力ps=p1，p2=0.溢流閥溢流，伺服閥輸出功率為零。當(dāng)pL=0時(shí)（空載），伺服閥通過(guò)全部流量。對(duì)于第二象限內(nèi)，pL﹤0（負(fù)載荷），油缸被外載荷拖動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度更快，而xV不變，此時(shí)，p1﹤0，閥口從油源抽吸油液，p2﹥0，回油節(jié)流口流過(guò)全部流量（油缸提速造成流量加大），此時(shí)屬于特殊工作情況。第三、四象限的情況與上述相同。71液壓放大元件3.理想零開(kāi)口四邊閥的閥系數(shù)：Kq=Kc=Kp=72液壓放大元件零位閥系數(shù)：零位條件：xV=0，→qL=0，pL=0Kq0=Kc0=0Kp0=∞73閥控缸系統(tǒng)分析系統(tǒng)如圖：設(shè)滑閥系統(tǒng)滿足：（1）.理想零開(kāi)口閥，匹配、對(duì)稱(chēng)（2）.供油壓力不變，回油壓力74閥控缸系統(tǒng)分析75閥控缸系統(tǒng)分析一、數(shù)學(xué)模型1.滑閥流量線性化方程取拉氏變換（1）2.液壓缸流量連續(xù)性方程設(shè)：（1）不計(jì)管路影響；（2）液壓缸工作腔內(nèi)壓力處處相等，油溫及油液體積彈性系數(shù)均為常數(shù)；（3）泄漏流動(dòng)為層流流態(tài)。76閥控缸系統(tǒng)分析

∵∴從而77閥控缸系統(tǒng)分析

78閥控缸系統(tǒng)分析式中稱(chēng)為液壓缸的總泄漏系數(shù)。經(jīng)拉氏變換（2）3.液壓缸力平衡方程經(jīng)拉氏變換（3）79閥控缸系統(tǒng)分析4.方塊圖及傳遞函數(shù)根據(jù)上述各式可獲得四邊閥控缸的方塊圖。（1）由負(fù)載流量到活塞位移80閥控缸系統(tǒng)分析(2)由負(fù)載壓力獲得活塞位移變換（1）、（2）兩式（4）由（3）、（4）兩式可得方塊圖如下：81閥控缸系統(tǒng)分析此方塊圖適用于力控制系統(tǒng)的分析，以及負(fù)載慣量及泄漏系數(shù)較大，動(dòng)態(tài)過(guò)程較為緩慢的場(chǎng)合。82閥控缸系統(tǒng)分析(3)傳遞函數(shù)由上述任何一個(gè)方塊圖或者有方程組通過(guò)數(shù)學(xué)解析計(jì)算均可導(dǎo)出如下傳遞函數(shù)：83閥控缸系統(tǒng)分析式中稱(chēng)為總流量——壓力系數(shù)。①活塞位移對(duì)閥芯位移量之間的傳遞函數(shù)②活塞位移與擾動(dòng)力之間的傳遞函數(shù)84閥控缸系統(tǒng)分析二、傳遞函數(shù)的簡(jiǎn)化無(wú)彈性負(fù)載注：

85閥控缸系統(tǒng)分析無(wú)阻尼液壓固有頻率：液壓阻尼比：86閥控缸系統(tǒng)分析三、頻率響應(yīng)對(duì)指令輸入的響應(yīng)（1）.速度放大系數(shù)稱(chēng)為速度放大系數(shù)（速度增益）。87閥控缸系統(tǒng)分析該速度增益直接影響系統(tǒng)的性能指標(biāo)（穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性）。過(guò)大會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如圖所示。88閥控缸系統(tǒng)分析因?yàn)樵诹阄粫r(shí)數(shù)值最大，而此時(shí)最小，故按照分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可保證在全部工作范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。（2）.液壓彈簧剛度及液壓固有頻率液壓缸兩腔封閉，如圖所示。當(dāng)活塞受外力作用左移時(shí)，左腔壓力升高，右腔壓力降低。液壓力向右，其值與液體的體積變化量（活塞位移量）成正比；反之，液壓力向左?？梢?jiàn)，被封閉的液壓油起彈簧作用。89閥控缸系統(tǒng)分析①液壓彈簧剛度由有：90閥控缸系統(tǒng)分析當(dāng)時(shí)，∴91閥控缸系統(tǒng)分析∴證明：當(dāng)時(shí)最小

可見(jiàn)，當(dāng)即時(shí)，分母的值最大，即液壓彈簧剛度最小。92閥控缸系統(tǒng)分析關(guān)于液壓彈簧應(yīng)注意的問(wèn)題：Ⅰ.該彈簧的產(chǎn)生原因在于液體的可壓縮性；Ⅱ.該彈簧的作用是在動(dòng)態(tài)過(guò)程中出現(xiàn)的。②液壓固有頻率其數(shù)值影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性及快速性。提高液壓固有頻率的方法：Ⅰ.增加活塞面積：亦同時(shí)增大，且會(huì)引起增大；93閥控缸系統(tǒng)分析Ⅱ.減小：減小無(wú)效容積及管道容積，必要時(shí)考慮使用液壓馬達(dá)；Ⅲ.減?。夯钊|(zhì)量、缸內(nèi)油液質(zhì)量、負(fù)載質(zhì)量、管道油液折算質(zhì)量；若活塞加速度，管道橫斷面積為，則管道中油液的加速度為，若管道中油液質(zhì)量為，為驅(qū)動(dòng)此部分液體，伺服閥所需提供的附加壓差，此時(shí)，液壓缸力平衡方程

所以，管道中油液的折算質(zhì)量為。為減少折算質(zhì)量，應(yīng)盡量選用通徑較大的管件。94閥控缸系統(tǒng)分析Ⅳ.提高值：減少含氣量，避免使用軟管，增加結(jié)構(gòu)剛度。一般。③液壓阻尼比：一般。期望值0.6~0.7。95閥控缸系統(tǒng)分析增加液壓阻尼比的方法：Ⅰ.設(shè)置附加泄漏通道：增加，增加其缺點(diǎn)：壓力增益降低，速度剛度降低，精度降低，受溫度變化的影響較大。Ⅱ.采用正開(kāi)口閥：增大，缺點(diǎn)同上，功率損失更大，非線性流量增益。Ⅲ.增加負(fù)載粘性阻尼：即增大。96閥控缸系統(tǒng)分析2.對(duì)干擾輸入的響應(yīng)當(dāng)時(shí)，97閥控缸系統(tǒng)分析（1）.動(dòng)態(tài)位置剛度∵

∴98閥控缸系統(tǒng)分析一般，因此，其伯德圖如圖所示。當(dāng)時(shí)，

即液壓缸的運(yùn)動(dòng)完全是由泄漏流量造成的，此時(shí)閥控缸相當(dāng)于一個(gè)組尼系數(shù)為的粘性阻尼器。99閥控缸系統(tǒng)分析當(dāng)時(shí)，液壓彈簧起作用。當(dāng)時(shí)，二階環(huán)節(jié)起作用，即慣性力抵抗負(fù)載力，一般不會(huì)工作在此區(qū)間。（2）.動(dòng)態(tài)速度剛度100101(1)對(duì)AGC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)性能指標(biāo)：壓下缸額定壓下力：25000kN壓下缸最大壓下力：30000kN壓下缸行程：60mm壓下速度：≥6mm/s快速回程速度：20m/sHAGC分析計(jì)算實(shí)例102HAGC分析計(jì)算實(shí)例液壓APC系統(tǒng)定位精度：≤±0.005mm液壓APC系統(tǒng)頻寬(-3dB)：≥10Hz液壓APC系統(tǒng)0.1mm階躍響應(yīng)時(shí)間：≤50ms出口板厚精度（同板差）指標(biāo)5～10：≤0.10mm10～20：≤0.16mm20～40：≤0.22mm103HAGC分析計(jì)算實(shí)例(2)控制模式分析由于壓下力很大，且精度和穩(wěn)定性要求很高，因此APC系統(tǒng)一般采用三通閥——不對(duì)稱(chēng)缸控制模式，即用標(biāo)準(zhǔn)四通伺服閥當(dāng)三通閥用，壓下缸活塞腔受控，活塞桿腔通恒定低壓。如圖所示，低壓pr的作用是軋制時(shí)pr=0.5MPa左右，防止活塞桿腔空吸并吸入灰塵；換輥時(shí)使pr=0.3MPa左右用于快速提升壓下缸。壓下缸放在上支承輥軸承座與壓下螺絲(或牌坊頂面)之間時(shí)，壓下缸倒置，即活塞桿不動(dòng)、缸體運(yùn)動(dòng)。104

HAGC分析計(jì)算實(shí)例(3)壓下缸參數(shù)的確定與計(jì)算

1)系統(tǒng)供油壓力ps因壓下力很大，為避免壓下缸尺寸、伺服閥流量和供油系統(tǒng)參數(shù)與尺寸過(guò)大，擬取經(jīng)濟(jì)壓力；考慮到液壓元件及伺服閥的額定壓力系列，并考慮到可靠性和維護(hù)水平，取ps=28MPa。

2)負(fù)載壓力pL考慮到壓下力很大，這里不按常規(guī)即最大功率傳輸條件取pL=(2/3)

ps；但pL也不應(yīng)過(guò)大，應(yīng)保證伺服閥閥口上有足夠壓降，以確保伺服閥的控制能力，這里取pL=23MPa。1053)壓下缸行程S壓下缸行程可根據(jù)來(lái)料最大厚度、壓下率、成品最小厚度及故障狀態(tài)的過(guò)鋼要求等加以確定，取S=60mm。

4)液壓缸背壓pr壓下控制狀態(tài)取pr=23MPa。

5)活塞直徑D活塞桿直徑d

壓下力F=AcpL-Arpr式中Ac——活塞腔工作面積(㎡)；

Ar——活塞桿腔面積(㎡)。HAGC分析計(jì)算實(shí)例106令面積比得由得并取取則1076)液壓諧振頻率校驗(yàn)對(duì)于三通閥控制的差動(dòng)缸，液壓諧振頻率式中Ac=11309.73×10-4m2——壓下缸活塞腔工作面積；

βe——油液的容積彈性模量，考慮到系統(tǒng)在23MPa左右的高壓狀態(tài)下工作，取βe≈l000MPa；

Vc——壓下缸活塞腔控制容積，考慮到伺服閥塊直接貼裝在壓下缸缸體上，管道容積極小，則Vcmax=AcS；

S=6×10-2m——壓下缸行程；mRs——上輥系的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，mRs=165×103kg；mcy——壓下缸缸體運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，mRs=3×103kg。將Ac、βe、S、mt諸參數(shù)代入，可計(jì)算出

ωh=469.53rad/s=74.73Hz由于ω

h很高，可以不必?fù)?dān)心APC系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。1087)液壓動(dòng)力元件的傳遞函數(shù)式中109(4)伺服閥參數(shù)的確定

1)負(fù)載流量由壓下速度v=6mm/s，可求出伺服閥的負(fù)載流量

2)伺服閥的選擇及其參數(shù)選用MOOGD792系列伺服閥，主要參數(shù)如下：額定流量(單邊△pN=3.5MPa時(shí))最大工作壓力35MPa輸入信號(hào)±10V或±10mA響應(yīng)時(shí)間(從0至100％行程)4～12ms分辨率<0.2％滯環(huán)<0.5％零漂(△T=55K)<2％總的零位泄漏流量(最大值)10L／min先導(dǎo)閥的零位泄漏流量(