液压伺服与比例控制系统Chapter4

1、液压伺服控制系统 多媒体授课系统多媒体授课系统本章摘要 由机械反馈装置和液压动力元件所组成的反馈由机械反馈装置和液压动力元件所组成的反馈控制系统称为机械液压伺服系统。机液伺服系统控制系统称为机械液压伺服系统。机液伺服系统主要用来进行位置控制，也可以用来控制其它物主要用来进行位置控制，也可以用来控制其它物理量，如原动机的转速控制等。理量，如原动机的转速控制等。4.1 机液位置伺服系统机液位置伺服系统 一、系统方框图一、系统方框图液压缸输出位移：液压缸输出位移：2221421qcetvLppecephhhKKVXs FAAKXsss二、系统稳定性分析二、系统稳定性分析开环传递函数：开环传递函数：2

2、2( )( )21vhhhKG s H ssss根据波德图给出稳定性条件：由图43所示的伯德图可以看出，穿越频率近似等于开环放大系数。安际上穿越频率稍大于开环放大系数，而系统的频宽又稍大于穿越频率。所以开环放大系数愈大，系统的响应速度愈快。另外，开环放大系数越大，系统的控制精度也越高。所以要提高系统的响应速度和精度，就要提高开环放大系数，但要受稳定性限制。通常液压伺服系统是欠阻尼的，由于阻尼比小限制了系统的性能。所以提高阻尼比对改善系统性能来说是十分关键的。20lg()()20lg02ghhhhKG jH j 12vhhK 4.2 结构柔度对系统稳定性的影响结构柔度对系统稳定性的影响一、基本方

3、程与传递函数一、基本方程与传递函数LqvcLQK XK P()4tLppctpLLeVQA s XXC PsP阀的流量方程：阀的流量方程：流量连续性方程：流量连续性方程：液压缸活塞受力平衡方程：液压缸活塞受力平衡方程：22()()pLtpppcspLA Pm s XBsXsXKXX4.2 结构柔度对系统稳定性的影响结构柔度对系统稳定性的影响负载力平衡方程负载力平衡方程缸体力平衡方程缸体力平衡方程22()spLLLLLLKXXm s XB sXF21()LpccppcscP Am s XB s XXK X 对上述三个力平衡方程简化后得：对上述三个力平衡方程简化后得：综合推得：综合推得：2()Lp

4、spLP AKXX22()spLLLLKXXm s XF1LpscP AK X 222221111LLLLppLLpLssLLcLssFPm s XAAmFXsXKKmFXs XKK联立整理得：联立整理得：综合推得：综合推得：22212221214114qLtLLceLvLpepsspcetLpepssKm VmmK mXsssXAAKKAKVFAAKK2221qpLvnnnKAXXsss22211LpsXsX总传递函数：22222121qppsvnnnKsXAXsss二、考虑结构柔度的系统稳定性二、考虑结构柔度的系统稳定性（一）全闭环系统的稳定性（一）全闭环系统的稳定性假定反馈从负载端取出构

5、成全闭环系统，如图假定反馈从负载端取出构成全闭环系统，如图46所示。开环所示。开环系统的伯德图见图系统的伯德图见图47曲线，此时系统的稳定条件为曲线，此时系统的稳定条件为 ，系统的稳定性和频宽受综合谐振频率和综合阻尼比所限制。系统的稳定性和频宽受综合谐振频率和综合阻尼比所限制。2vnnK 22222121qppsvnnnKsXAXsss（二）半闭环系统的稳定性（二）半闭环系统的稳定性如果反馈从活塞输出端引出构成半闭环系统，其方块图如图如果反馈从活塞输出端引出构成半闭环系统，其方块图如图48所示。此时系统开环传递函数含有所示。此时系统开环传递函数含有2阶微分环节，当谐振频率与阶微分环节，当谐振频

6、率与综合谐振频率靠的很近时，反谐振二阶微分环节对综合谐振有一个综合谐振频率靠的很近时，反谐振二阶微分环节对综合谐振有一个对消作用，使综合谐振峰值减小，如图对消作用，使综合谐振峰值减小，如图47中曲线中曲线5，从而改善了，从而改善了系统的稳定性。系统的稳定性。总结：半闭环系统的稳定性比全闭环系统的稳定性好得多。但半总结：半闭环系统的稳定性比全闭环系统的稳定性好得多。但半闭环系统的精度一般来说精度要比全闭环系统低。闭环系统的精度一般来说精度要比全闭环系统低。2vnnK 2vnnK 4.3 动压反馈装置液压伺服系统往往是欠阻尼的，液压阻尼比小直接影响到系统的稳定性、响应速度和精度。因此提高阻尼比，对

7、改善系统性能是十分重要的。采用动压反馈可以有效地提高阻尼比，两种常用的动压反馈装置，分别是液阻加空气蓄能器和油气阻尼器，一、基本方程：一、基本方程：二、方框图与传递函数：二、方框图与传递函数：LqvcLQK XK P( )4tLpptpdLLeVQA sXCGs PsP2pLtpA Pm s X三、传递函数简化液压固有频率：液压阻尼比：2221qppvhhhKXAXsss24ephttAmV( )ceetdethptptKmGsmAVAV附加阻尼比：( )1detccetptpctGsmCsmAVAsV11cetcchdptccCmssKAVssn1、什么是机液伺服系统？机液伺服系统有什么优缺点?n2、为什么常把机液位置伺服系统称作力放大器或助力器?n3、为什么机液位置伺服系统的稳定性、响应速度和控制精度由液压动力元件的特性所决定？n4、为什么在机液位置伺服系统中，阀流量增益的确定很重要?n5、低阻尼对液压伺服系统的动态特性有什么影响?如何提高系统的阻尼，这些方法各有什么优、缺点?n