液壓伺服系統(tǒng)課程課件一零

第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)P664.1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)4.2結(jié)構(gòu)柔度對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響4.3液壓校正與動(dòng)壓反饋4.4機(jī)液扭矩放大器1液壓動(dòng)力元件是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。

4.1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)如果將液壓執(zhí)行元件的輸出位移反饋到放大元件的輸入位移，就可構(gòu)成閉環(huán)機(jī)液位置控制系統(tǒng)。閉環(huán)機(jī)液位置控制系統(tǒng)主要用于輸出功率不大于10kW的場(chǎng)合：小型飛機(jī)的舵面、火炮瞄準(zhǔn)機(jī)構(gòu)、車(chē)輛轉(zhuǎn)向、仿型機(jī)床等控制場(chǎng)合。P662bxipSxp3MLApa（一）工作原理3bxipSxp3MLApaxixv1

4bxipSxp3ApaML5xixv1

xvxv2

xpba(4-1)(4-2)6+BKqAp-+-xixpxvaa+bba+bFLKiKf圖4-27(4-3)8(二)穩(wěn)定性分析用Routh判據(jù)判別穩(wěn)定最為方便。閉環(huán)特征式為由Routh判據(jù)得系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為(4-6)94.2結(jié)構(gòu)柔度對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響101112131415161718192021224.三3液壓三校正三與動(dòng)三壓反三饋設(shè)計(jì)三控制三系統(tǒng)三的主三要問(wèn)三題是三設(shè)法三滿(mǎn)足三系統(tǒng)三的動(dòng)三態(tài)和三靜態(tài)三要求三。為了三提高三靜態(tài)三精度三，希三望系三統(tǒng)的三增益三高，三但高三增益三的系三統(tǒng)又三不易三穩(wěn)定三。如三果既三要有三高增三益而三又希三望保三證穩(wěn)三定，三須在三模型三中添三加一三些其三它環(huán)三節(jié)，三為此三目的三而在三系統(tǒng)三中添三加的三元件三就是三校正三元件三。234.三3液壓三校正三與動(dòng)三壓反三饋4.三3.三1基本三液壓三校正三元件4.三3.三2液壓三超前三校正4.三3.三3液壓三滯后三校正4.三3.三4反饋三校正4.三3.三5靜壓三反饋三校正4.三3.三6動(dòng)壓三反饋三校正24校正三元件三一般三都用三電子三元件三。因電三子元三件的三信號(hào)三的傳三輸、三運(yùn)算三都較三簡(jiǎn)單三、成三熟，三且使三用方三便、三可靠三、精三度高三。在電三液控三制系三統(tǒng)中三廣泛三應(yīng)用三電校三正，三但是三在機(jī)三液系三統(tǒng)中三本來(lái)三就沒(méi)三有電三元件三，若三要采三用電三校正三反而三不方三便，三也有三采用三非電三校正三方式三的。三如機(jī)三械的三、氣三功的三或液三壓的三校正三元件三。由于三液壓三系統(tǒng)三中本三來(lái)就三有液三壓能三源，三再附三加一三些液三壓元三件作三校正三是很三方便三的。三不過(guò)三，機(jī)三械元三件都三是有三慣性三的，三時(shí)間三常數(shù)三大于三電校三正元三件。254.三3.三1基本三液壓三校正三元件校正三元件三主要三由耗三能、三儲(chǔ)能三和放三大等三元件三組成三。26(一)儲(chǔ)能三元件最簡(jiǎn)三單可三靠的三機(jī)械三儲(chǔ)能三元件三就是三彈簧三。它三受力三變形三儲(chǔ)存三能量三，力三撤消三后復(fù)三元而三放出三能量三。另三外，三機(jī)械三彈簧三還是三力-位移三轉(zhuǎn)換三元件三，其三線(xiàn)性三好，三工作三可靠三。27(二)放大三元件閥缸三組合三就是三最簡(jiǎn)三單的三放大三元件三。作為三校正三元件三，它三所需三要的三功事三必然三遠(yuǎn)小三于系三統(tǒng)負(fù)三載運(yùn)三動(dòng)時(shí)三的功三率，三也就三是作三校正三元件三用的三小液三壓缸三必然三遠(yuǎn)小三于作三執(zhí)行三元件三用的三液壓三缸。因此三，小三液壓三缸的三質(zhì)量三可忽三略不三計(jì)。三這樣三，閥三控缸三的傳三遞函三數(shù)式(3三-1三8)中，三因h很高三而略三去振三蕩環(huán)三節(jié)，三就成三為式中:Kq——閥的三流量三增益三，Ap——小液三壓缸三的活三塞面三積。由此三可見(jiàn)三，用三閥-缸組三成的三元件三，不三僅是三放大三元件三，而三且還三是一三個(gè)積三分元三件。28(三)耗能三元件——阻尼三器流量三通過(guò)三節(jié)流三口，三就消三耗能三量。三所以三用小三液壓三缸及三節(jié)流三器就三組成三液壓三阻尼三器。如圖5.三1(三a)，在活三塞運(yùn)三動(dòng)過(guò)三程中三，活三塞一三側(cè)的三液體三將通三過(guò)節(jié)三流孔三流入三另一三側(cè)，三流量三通過(guò)三節(jié)流三孔而三產(chǎn)生三壓力三降p，p=p1p2，p作用三在活三塞面三積A上就三形成三阻滯三活塞三運(yùn)動(dòng)三的阻三尼力三。圖5.三1阻尼三器結(jié)三構(gòu)原三理圖(a三)內(nèi)阻三尼器xp2p129(三)耗能三元件——阻尼三器流量三通過(guò)三節(jié)流三口，三就消三耗能三量。三所以三用小三液壓三缸及三節(jié)流三器就三組成三液壓三阻尼三器。圖5.三1(三b)中的三節(jié)流三孔安三置在三缸外三油路三中，三稱(chēng)外三阻尼三器，三其工三作原三理與三活塞三上開(kāi)三節(jié)流三孔的三內(nèi)阻三尼器三完全三一樣三。圖5.三1阻尼三器結(jié)三構(gòu)原三理圖(b三)外阻三尼器xp2p130令阻三尼活三塞的三位移三為x，阻尼三活塞三的面三為A，通過(guò)三節(jié)流三小孔三的流三量為Q，略去三活塞三徑向三間隙三中的三泄漏三，就三有式中p1——阻尼三活塞三運(yùn)動(dòng)三前方三油腔三壓力三；p2——阻尼三活塞三運(yùn)動(dòng)三背面三油腔三壓力三；Re——雷諾三數(shù)，Re=vd/，其中三，=/，為液體三動(dòng)力三粘度三，液體三運(yùn)動(dòng)三粘度三，為液三體密三度；——液體三重度三，=g。取節(jié)三流小三孔的三直徑三為d，長(zhǎng)度三為l，液體三流過(guò)三小孔三時(shí)的三平均三流速三為v，節(jié)流三小孔三層流三沿程三阻力三損失三的計(jì)三算式三為(5三-2三)31因?yàn)樗允街腥?，R——節(jié)流三小孔三液阻三，計(jì)三算式三為活塞三運(yùn)動(dòng)三時(shí)的三阻尼三力F為(5三-4三)(5三-5三)(5三-6三)式中B為阻三尼器三的阻三尼系三數(shù)，三計(jì)算三式為32圖5.三1所示三是阻三尼器三原理三圖，三液壓三缸兩三側(cè)充三滿(mǎn)油三液而三沒(méi)有三泄漏三。實(shí)三際中三必然三有泄三漏，三因此三必須三為阻三尼缸三充油三。如圖5.三2所示三，阻三尼缸三可接三通高三壓能三源，三也可三接通三回油三油路三。圖5.三2有源三阻尼三器原三理圖a)接能三源，b)接油三箱xp2p1xp2p1ps33圖5.三3所示三為液三壓超三前校三正元三件的三結(jié)構(gòu)三原理三圖。它由三阻尼三器及三彈簧三組成三。輸三入信三號(hào)xi加在三阻尼三活塞三上，三在阻三尼缸三體上三取出三輸出三信號(hào)xo。圖5.三3液壓三超前三校正三元件xokxiB4.三3.三2液壓三超前三校正34阻尼三系數(shù)B，力方三程為經(jīng)過(guò)三整理三，可三得(5三-8三)時(shí)間三常數(shù)(5三-9三)如果三時(shí)間三常數(shù)三很小三，慣三性環(huán)三節(jié)項(xiàng)三可略三去，三則(5三-8三)可近三似為三純微三分環(huán)三節(jié)。354.三3.三3液壓三滯后三校正圖5.4液壓滯后校正元件xokxiBba36圖5.4液壓滯后校正元件xokxiB根據(jù)三力平三衡方三程經(jīng)整三理，三上式三可寫(xiě)三為(5三-1三0)時(shí)間三常數(shù)(5三-1三1)由式(5三-1三0)可見(jiàn)三，這三是慣三性環(huán)三節(jié)。三即圖5.三4所示三元件三為慣三性元三件，三也就三是滯三后元三件。37圖5.三5所示三是一三個(gè)外三反饋三機(jī)液三伺服三系統(tǒng)三。系三統(tǒng)中三無(wú)電三元件三存在三，無(wú)三法使三用電三校正三。采三用在三主控三信號(hào)三的前三向通三道中三串接三液壓三校正三元件三，液三壓校三正元三件的三輸入三量是三位移y，輸出三量是三閥芯三位移xv。液壓三校正三元件三的力三方程三為整理三后38由式(5三-1三2)可見(jiàn)三，圖5.三5所示三元件三為慣三性加三微分三。由三于>1，慣三性環(huán)三節(jié)的三轉(zhuǎn)折三頻率三低而三微分三環(huán)節(jié)三的轉(zhuǎn)三折頻三率高三，從三而低三頻段三滯后三，高三頻段三又超三前。(5三-1三2)(5三-1三3)(5三-1三4)39-+xixpyba+baa+b+xixpxvaa+bKq/Ap圖5.三6液壓三滯后三校正三的機(jī)三液伺三服系三統(tǒng)方三塊圖合理三選用三校正三元件三的時(shí)三間常三數(shù)T，系數(shù)，并三使(1三/T)三<c，就可三使校三正后三的系三統(tǒng)在三低頻三時(shí)有三較大三的增三益，三從而三提高三了系三統(tǒng)精三度，三又不三影響三穩(wěn)定三性及三系統(tǒng)三的頻三寬。4020三lg三|G三|三d三B0/秒(s－1)1-2三0d三B/三de三c-2三0d三B/三de三c圖5.三7系統(tǒng)三開(kāi)環(huán)三波德三圖4120三lg三|G三|三d三B0/秒(s－1)1-2三0d三B/三de三c-2三0d三B/三de三c圖5.三7系統(tǒng)三開(kāi)環(huán)三波德三圖42校正三元件三，既三可以三串聯(lián)三在前三向通三路中(如圖5.三5所示)，也三可以三加在三反饋三回路三中，三即并三聯(lián)校三正。4.三3.三4反饋三校正圖5.三8所示三的結(jié)三構(gòu)是三在外三反饋三機(jī)液三伺服三系統(tǒng)三的反三饋回三路中三設(shè)置三了簡(jiǎn)三單的三滯后三校正三元件三。43根據(jù)三圖5.三4及式(5三-1三0)，可三知這三種液三壓校三正元三件的三傳遞三函數(shù)三為由于三閥控三缸的三傳遞三函數(shù)三式(3三.1三8)早已三求得三，再三根據(jù)三圖5.三8(三a)的結(jié)三構(gòu)原三理圖三，就三可以三直接三畫(huà)出三這種三系統(tǒng)三的方三塊圖三如圖5.三8(三b)，由圖三可見(jiàn)三，在三反饋三回路三中有三一個(gè)三慣性三環(huán)節(jié)三。44BkxpMpSyabxvxi圖5.三8反饋三回路三中有三液壓三滯后三校正三元件(a三)結(jié)構(gòu)三原理三圖Re三ce三nt45-+xixpba+bxixpxvaa+bKq/Ap圖5.三8反饋三回路三中有三液壓三滯后三校正三元件(b三)框圖464.三3.三5靜壓三反饋三校正在第三三章三中討三論各三種液三壓動(dòng)三力元三件時(shí)三，已三經(jīng)知三道液三壓系三統(tǒng)本三身的三阻尼三系數(shù)三比較三小，三容易三出現(xiàn)三欠阻三尼而三使系三統(tǒng)不三穩(wěn)定三。為三了使三系統(tǒng)三穩(wěn)定三，可三以用三故意三增加三能耗三和降三低剛?cè)鹊娜k法三，使三漏損三加大三和Kc提高三。實(shí)三踐證三明這三個(gè)辦三法也三確實(shí)三有效三。如三果既三希望三增加三阻尼三而又三不希三望增三大能三耗及三降低三剛度三，可三采用三壓力三反饋三校正三。47現(xiàn)在三，仍三以第三三章三中著三重討三論過(guò)三的四三通閥三控缸三為例三來(lái)說(shuō)三明。三為簡(jiǎn)三單起三見(jiàn)，三假設(shè)三沒(méi)有三彈性三負(fù)載三。根三據(jù)基三本方三程(3三-2三)、(3三-8三)及(3三-9三)式，三可直三接畫(huà)三出閥三控缸三方塊三圖于三圖5.三9(三a)。若取Kce=Kc+Ctp，令時(shí)三間常三數(shù)T1及T2為(5三-1三5)(5三-1三6)再通三過(guò)方三塊圖三結(jié)構(gòu)三變換三，圖5.三9(三a)可以三畫(huà)成三圖5.三9(三b)。48已知三閥缸三系統(tǒng)三的液三壓固三有頻三率h及阻三尼系三數(shù)h為(3三-1三4)(3三-1三5)圖5.三9四通三閥控三缸系三統(tǒng)加三靜壓三反饋(a三)四通三閥控三缸系三統(tǒng)方三塊圖三；(b三)方塊三圖變?nèi)龘Q；(c三)增加三靜壓三反饋三后的三方塊三圖；(d三)有靜三壓反三饋后三的系三統(tǒng)方三塊圖三變換三；(e三)有靜三壓反三饋的三系統(tǒng)三方塊三圖變?nèi)龘Q49(a三)Kq-+++xvxpQLFLMts2+Bps+KcKq-++xvxpQLFL+pLpL(b三)50增大Kce，可以三增大h，從而三使系三統(tǒng)易三于穩(wěn)三定。為此三，可三以在三圖5.三9(三b)中的Kce(T1s+1三)環(huán)節(jié)三旁并三聯(lián)二三個(gè)壓三力負(fù)三反饋三的比三例環(huán)三節(jié)K1，如三圖5.三9(三c)所示三，將三靜壓三力pL反饋三回去三。圖5.三9(三c)經(jīng)過(guò)三結(jié)構(gòu)三變換三可畫(huà)三成圖5.三9(三d)。比較三圖5.三9(三b)與5.三9(三d)可見(jiàn)三，增三加了三壓力三負(fù)反三饋環(huán)三節(jié)K1后，三使原三來(lái)的Kce項(xiàng)變?nèi)?Kce+K1)項(xiàng)。三令增三加了三壓力三反饋三后的三阻尼三系數(shù)三為’h，并與三無(wú)壓三力反三饋的三阻尼三系數(shù)h(3三-1三5)式對(duì)三比，三可知51(5三-1三7)阻尼三系數(shù)三為’h>h，有利三于穩(wěn)三定。三增加K1有利三于穩(wěn)三定的三結(jié)論三是在三方塊三圖上三處分三析得三到的三。環(huán)節(jié)K1的機(jī)三能是三把轉(zhuǎn)三化為三流量三，在三實(shí)際三結(jié)構(gòu)三中不三容易三設(shè)計(jì)三出能三將壓三力轉(zhuǎn)三換為三流量三的具三體裝三置。如果三將圖5.三9(三c)變換三成圖5.三9(三e)，即將三壓力pL通過(guò)三比例三環(huán)節(jié)K1/Kq轉(zhuǎn)換三為位三移量xf。這種三把壓三力轉(zhuǎn)三化為三位移三的裝三置是三不難三實(shí)現(xiàn)三的。52增加三壓力三反饋三后對(duì)三系統(tǒng)三的液三壓固三有頻三率h無(wú)影三響。三因?yàn)槿倝喝α魅肯等龜?shù)與三動(dòng)力三元件三剛度三成反三比，三見(jiàn)(3三-2三4)式，三增加三壓力三反饋三后使Kce項(xiàng)變?nèi)?Kce+K1)項(xiàng)，三因而三剛度三下降三，系三統(tǒng)的三抗干三擾能三力下三降，三這是三靜壓三反饋三校正三的不三足之三處。534.三3.三6動(dòng)壓三反饋三校正如前三所述三，在三系統(tǒng)三中加三入靜三壓反三饋后三，穩(wěn)三定性三改善三而剛?cè)认氯?。三穩(wěn)定三性是三動(dòng)態(tài)三指標(biāo)三，當(dāng)三系統(tǒng)三已經(jīng)三穩(wěn)定三，阻三尼系三數(shù)的三大小三也就三沒(méi)有三什么三意義三了，三剛度三主要三是穩(wěn)三態(tài)指三標(biāo)，三在干三擾力三的作三用下三，系三統(tǒng)的三穩(wěn)態(tài)三誤差三小，三就是三剛度三好；三瞬態(tài)三時(shí)，三剛度三大點(diǎn)三或小三點(diǎn)關(guān)三系不三大。三所以三，希三望瞬三態(tài)時(shí)三具有三壓力三反饋三以提三高阻三尼系三數(shù)，三雖剛?cè)扔腥等偷P(guān)系三不大三。穩(wěn)三態(tài)時(shí)三用不三著提三高阻三尼系三數(shù)，三不需三要壓三力反三饋，三剛度三也不三致降三低。三這樣三，可三將靜三壓反三饋改三為動(dòng)三壓反三饋，三亦即三將壓三力的三變化三率反三饋回三去。三瞬態(tài)三時(shí)，三壓力三的變?nèi)笕?，反三饋?zhàn)魅么笕环€(wěn)三態(tài)時(shí)三，變?nèi)嗜秊榱闳?，即三沒(méi)有三反饋三。54圖5.三9(三c)中所三加的三靜壓三反饋三元件三幾乎三是一三個(gè)比三例環(huán)三節(jié)。三如果三將此三反饋三元件三改為三能反三映壓三力瞬三變情三況的三微分三元件三，就三是動(dòng)三壓反三饋了三。一三般所三用動(dòng)三態(tài)反三饋元三件的三傳遞三函數(shù)三為T(mén)s/(Ts+1三)。將圖5.三9(三e)中的三靜壓三反饋三元件K1/Kq改為三如圖5.三10三(a三)所示三的動(dòng)三壓反三饋元三件；三其數(shù)三學(xué)模三型為式中xf——?jiǎng)訅喝答伻妮斎鑫蝗?；K1——?jiǎng)訅喝答伻谋热Ｈ龜?shù)；T3——?jiǎng)訅喝答伻臅r(shí)三間常三數(shù)。(5三-1三8)55結(jié)構(gòu)三變換三后，三圖5.三10三(a三)即成三圖5.三10三(b三)，比較三圖5.三9(三b)和5.三10三(b三)，可以三看到三影響三靜態(tài)三剛度三的因三素都三是Kce，就是三說(shuō)加三了動(dòng)三態(tài)壓三力反三饋后三的剛?cè)扰c三未加三壓力三反饋三的剛?cè)仁侨粯尤?。再看三圖5.三10三(b三)的閉三環(huán)特三征式三。為三分析三簡(jiǎn)便三，取三動(dòng)壓三反饋三元件三的時(shí)三間常三數(shù)T3≈T2，略去KceBp/Ap2項(xiàng)，三取前三向傳三遞函三數(shù)為G及反三饋傳三遞函三數(shù)為H，則閉三環(huán)特三征式三為