液压伺服系统课程课件一二

第六章电液伺服系统

6.1电液伺服系统的类型

6.2电液位置伺服系统的分析 6.3电液伺服系统的校正 6.4电液速度控制系统 6.5电液力控制系统本章介绍1

1）综合了电气和液压两方面的特长（兼有电信息快速及液压元件大功率高响应）2）控制精度高、响应速度快、输出功率大3）信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈（输入信号是电量，或者在信号传递过程中用了电元件和电信号）4）适用于负载质量大、响应速度快的系统目前已遍及国民经济和军事工业的各个技术领域电液伺服系统概述26.1电液伺服系统的类型控制信号：位置、速度、力控制控制方式：阀控、泵控输入信号：模拟、数字功率大小、开闭环形式

1）重复精度高，分辨能力较低（绝对精度低）（模拟式检测装置的精度低）2）微小信号易受到噪声和零漂的影响所有信号都是连续的模拟量一、模拟伺服系统3二、数字伺服系统全部或部分信号是离散参量1）全数字伺服：数字阀或电液步进马达

2）数字-模拟系统：A/D+D/A；A/D+数字检测器特点：1）得到很高的绝对精度2）受模拟量噪声和零漂的影响很小3）应用计算机进行存贮、结算和控制，可实现多环路、多参量的实时控制4第六章电液伺服系统

6.1电液伺服系统的类型

6.2电液位置伺服系统的分析 6.3电液伺服系统的校正 6.4电液速度控制系统 6.5电液力控制系统本章介绍5电液位置伺服系统概述最基本最常用的一种液压伺服系统

机床工作台的位置板带轧机的板厚带材跑偏控制飞机和船舶的舵机控制雷达和火炮的控制系统振动试验台其它控制系统中的小闭环（机器人柔性力控制）6A双传感器阀控位置控制系统液压执行件电伺服放大器力矩马达eiegef-xp扰动比较样板给定液压放大元件液压能源I位移传感器1电液伺服阀缸位移传感器xi位置比较用电压比较代替7C单传感器阀控位置控制系统液压执行件电伺服放大器力矩马达eiegef-xp扰动比较程序给定液压放大元件液压能源i位移传感器电液伺服阀缸由计算机图形代替样板8

自整角机输出误差信号的幅值与输入输出轴之间的误差角的正弦成比例很小时，因此，自整角机的增益为

V/rad

相敏放大器将交流信号电压转换成直流电压，其动态过程与液压动力元件相比可以忽略并可以看成比例环节，即：

(无因次)9

从直流电压Ug到电液伺服阀的阀芯位移xv间的传递函数可根据伺服阀的频宽和液压固有频率的距离写出。1）相近（二阶振荡）2）3~5倍（惯性环节）3）5~10倍（比例环节）

从伺服阀阀芯位移xv到液压马达轴转角m之间是典型的阀控马达。如果马达没有弹性负载，也不考虑机架刚度，阀控马达液压动力元件的数学模型可写为10电液位置伺服系统方块图

1Dm-++-cTLrem11电液位置系统简化方块图

将电液伺服阀看成比例环节-++-LTLim12典型的积分+振荡环节波德图其稳定判据及稳定裕量Kg分别为：

二、系统的稳定性分析20lg|G|dB0/秒(s－1)1-20dB/dec-60dB/dec电液位置控制系统开环波德图13

阻尼系数h的计算值一般要小于系统的实测值。因为：1）滑阀的径向间隙实际上有正开口作用，也就是实际阀的压力-流量系数可能高于理论计算值。

2）计算时忽略了各种摩擦，而摩擦都能提高阻尼。3）计算时用空载时的零位阀系数Kq0及Kc0，实际工作时都是有载的。有载时的Kq小于Kq0，Kc大于Kc0。Kq减小有利于稳定，Kc增大也提高了阻尼系数，也有利于稳定。4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很大，阻尼系数比较高。

一般说来，h的计算值比较精确。液压系统的阻尼系数h一般为0.1~0.2，根据稳定条件，就可以计算出系统的开环增益Kv。由Kv≈c可求出穿越频率c。穿越频率高，相当于频宽高。14P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算

由于以上几点原因，估算时一般可用

电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定裕量

易于保证。因为稳定性限制了Kv值，而Kv值小时系统的精度就差。如果又要稳定性好而裕量大，精度高而Kv大，就必须采取提高h的其它措施或者对系统校正。

15三、系统响应特性分析

闭环幅频特性峰值Mr、闭环振荡环节固有频率nc、闭环频宽b以及闭环阻尼系数nc上升时间tr、峰值时间tp、调节时间ts、超调量%频宽近似地正比于响应速度，根据频宽可推算其它指标，所以频宽是一个重要品质指标。（一）对指令输入的闭环频率响应系统闭环传递函数

系统的特征式是三阶方程，可以因式分解为一个惯性环节和一个二阶振荡环节16闭环惯性环节转折频率的无因次曲线

bKv当h和Kv/h较小时

17当h和Kv/h较小时

nc

h

闭环振荡环节固有频率无因次曲线

18当h和Kv/h较小时

2nc2h—Kv/h

闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线

19

系统频宽主要受h和h的影响和限制，应适当提高h和

h

，但过大的

h会降低nc，影响响应速度。电液位置控制系统闭环频率特性曲线

20c与TL之间三的传三递函三数其倒三数即三为系三统的三闭环三刚度（二三）系三统的三闭环三刚度三特性21电液三位置三系统三简化三方块三图-++-LTLim22又因三为Kv≈h/5；b≈Kv；h≈0.三1~三0.三2。所以三，2hh与b很接三近，刚度三的表三达式三可简三化为闭环三系统三的静态三刚度三为23系统三在谐三振频三率nc处的三刚度三最低/秒(s－1)20lg|G|dB0阀控缸动态刚度幅频特性（P51）20lgAp2Kce20lgkh1）为三了提三高刚三度，三减少三由刚三度引三起的三误差三，应三该提高三开环三增益Kv。2）Kv的提三高受稳三定性三限制（滞三后校三正或三局部三速度三反馈三）位置三系统三闭环三动态三刚度三幅频三特性注：以上三仅仅三是伺三服系三统本三身的三刚度三，如三果机三械部三分（三连接三件、三机械三传动三装置三、机三架机三座）三的三刚度三更低三，则三要设三法提三高之241）误差三与系三统结三构本三身（三干扰三、零三漂、三死区三）和三输入三信号三形式三均有三关。a)扰动误三差（三负载三扰动三、零三漂扰三动等三）b)跟踪三误差三（与三系统三结构三有关三）c)滞环三等非三线性三因素引起三的误三差2）对于三位置三伺服三系统三，系三统的三结构三是I型，I型系三统没三有位三置误三差而三有速三度误三差，三开环三增益三愈高三则误三差愈三小。3）对干三扰信三号TL来说三，系三统结三构是0型，三有位三置误三差，三闭环三系三统的三刚度三愈高三，则三由干三扰力三矩TL引起三的误三差就三愈小三。四、三系统三的稳三态误三差三分析25误差EL与TL之间三的传三递函三数-++-LTLim稳态三负载三误差为：1）提三高Kv。可三减小三速度三误差三、负三载误三差。三减小三由库三仑摩三擦、三滞环三、间三隙等三所引三起的三非线三性2）Kv的提三高受三稳定三性限三制（滞三后校三正或三局部三速度三反馈三）3）减三小Kce可减三小负三载误三差，三但同三时会三减小三阻尼三比26I电液伺服阀对象指令元件负载三扰动三引起三的静三差27速度三误差28速度三误差I电液伺服阀对象指令三元件29摩擦三死区三引起三静差在液三压马三达启三动前三首先三要克三服负三载及三液压三马达三等运三动时三的静摩三擦力三矩Tf，此静三摩擦三力矩三能引三起一三定量三的负三载压三力。三此一三定量三的负三载压三力引起三流量三损失，也三包括三液压三马达三泄漏三流量三在内三的流三量损三失，三其损三失为一定三量的Qc对应着阀三芯有三一定三量的三位移三，对三应电三液伺三服阀三有一三定量三的输入三电流I1。电液三伺服三阀虽三有一三定量三的输三入电三流I1，却没三有流三量输三出，三故电三流I1代表三了静三摩擦三引起三的系三统误三差：30电液三位置三伺服三系统三方块三图1Dm-++-cTL=Tfrem+-I=I1

+I231零漂三也引三起静三差，直三流电三伺服三阀放三大器三、电三液伺三服阀三以及三其它三元件三或多三或少三都有三零漂三。设各三种主三要漂三、死三区等三折算三成差三动电三流的总偏三差为I，则三所引三起的总负三载误三差角c为检测三器的三误差直接三反映三到输三出端三，与回三路的三增益三无关应注三意反三馈测三量装三置的三选择P1三23计算三举例增大除电三液伺三服阀三流量三增益三以外三的各三元件增益都可三降低三系统三的静三差。三增大三减速三比i也可三减少三静差三。32第六三章三电三液伺三服系三统6.三1电液三伺服三系统三的类三型6.三2电液三位置三伺服三系统三的分三析6.三3电液三伺服三系统三的校三正6.三4电液三速度三控制三系统6.三5电液三力控三制系三统本章三介绍33系统三校正三概述1）液三压系三统特三点：a)性能三主要三由液三压固三有频三率和三液压三阻尼三比决三定b)液压三阻尼三比较三小，三增益三裕量三不足三，相三位裕三量有三余c)参数三变化三范围三大，三特别三是阻三尼比三随工三作点三变动三在很三大范三围内三变化2）仅仅三提高三增益三满足三不了三系统三的全三部性三能指三标校正三元件三一般三都用三电子三元件三。也三有机三械、三液压三和气三动的三形式34一、三滞后三校正1）接在三相敏三放大三与直三流放三大元三件之三间2）相位三稳定三裕量易于三保证三，幅三值稳三定裕三量Kg不易三保证三，所三以不三宜采三用以三提高三相位三裕量为主三的串三联超三前校三正。3）如果三用二三阶超三前校三正元三件(反共三振回三路)来抵三消。h处的三谐振三峰，三则超三前校三正元三件的三频率三必须三与h相符三。由三于工三作过三程中h是有三变化三的，三所以三也难三于采三用二三阶超三前校三正。电液三系统三中常用三的是三串联三滞后三校正。35eoeii1(-1)Ri1特点三：（图6-三15）1）提高三低频三段增三益，三减小三系统三的稳三态误三差2）在保三证系三统稳三态精三度的三条件三下，三通过三降低三系统三高频三段的三增益三，保三证系三统的三稳定三性a)使速三度放三大系三数提三高了倍三（加三设增三益放三大器三，或三用调三节器三校正三），三提高三了闭三环刚三度，三减小三了负三载误三差b)减小三了元三件参三数变三化和三非线三性影三响c)降低三了穿三越频三率，三特别三是低三频侧三相位三滞后三较大三，如三果开三环增三益减三小，三就有三可能三变得三不稳三定3）滞后三校正三是一三个低三通滤三波器4）利用三的是三高频三衰减三特性三，而三不是三相位三滞后36加入三校正三后系三统的三开环三传递三函数三为：Kvc=Kv+--滞后三校正三后的三系统三方块三图37Kg保证三稳定三性不三变的三前提三下，三将低三频段三的增三益提三高38设计三滞后三校正三网络主要三是选三定参三数1）幅值三稳定三裕量Kg是判三定系三统能三否稳三定工三作的三主要三指标三，Kg是在h处判三定的三。由三于加三校正三或不三加校三正对h处的三幅频三特性三无影三响，三所以三仍可三按无三校正三时的三方法三根据三稳定三条件三估算Kv及c，一般三取Kg=1三0~三20三dB。2）校正三网络三参数三的设三计步三骤参三见P1三25，及三控制三原理三相关三知识391）速三度反三馈（三测速三发电三机）三：提高三主回三路的三静态三刚度三，减三少速三度反三馈回三路内三的干三扰和三非线三性的三影响三，提三高系三统的三静态三精度2）加三速度三反馈：提三高系三统阻三尼二、三速三度和三加速三度反三馈校三正具有三速度三和加三速度三反馈三的电三液位三置系三统的三方块三图1Dm-+Liem-40速度三反馈三：1）开环三增益三下降2）固有三频率三增大三，阻三尼比三下降3）固有三频率三和阻三尼比三的乘三积不三变4）速度三反馈三回路三的开三环增三益比三较高三，被三速度三反馈三回路三所包三围的三元件三的非三线性三（死三区、三间隙三、滞三环、三参数三变化三、零三漂）三都将三受到三抑制41加速三度反三馈：1）Kv，h均不三变；2）h增加三；3）提三高系三统的Kv和b速度三加速三度综三合反三馈：调前三置放三大器三增益Kd，以三及Kfv，Kfa，使三系统三的动三静态三指标三得到三全面三改善1）根据三稳定三裕量三确定三开环三增益2）根据三需要三的固三有频三率和三阻尼三比求三出K1，K2。3）反馈三系数三选取三时必三须保三证局三部回三路稳三定，三同时三保证三中频三段以-2三0d三B/三de三c穿越0d三B线42三、压力三反馈三和动三压反三馈校三正特点三：1）增加三阻尼三而又三不增三大能三耗及三降低三刚度2）振动三加剧三，负三载压三力增三大，三将其三反馈三，流三量减三小，三振动三减弱三，起三到了三增加三阻尼三的作三用P1三28图6-三181）压差三或压三力传三感器2）对开三环增三益和三液压三固有三频率h无影三响3）增加三了总三压力三流量三系数三，静三刚度三下降三，系三统的三抗干三扰能三力下三降一、三压力三反馈三校正43二、三动压三反馈三校正特点：1）提高三阻尼三比，三同时三不降三低系三统的三静刚三度（三稳态三指标三）2）用压三力传三感器三把负三载压三力pL转换三为电三压信三号，三经过三微分三电路三取出三比例三于dpL/dt的电三压信三号再三反馈三到直三流放三大器三以组三成动三压负三反馈三校正三。3）反馈三回路三包围三了更三多的三元件三使精三度更三好。参数三选取三参见P7三61）在谐三振频三率处三产生三需要三的阻三尼比三，同三时阻三尼相三的相三位接三近于02）阻尼三的提三高受三局部三反馈三回路三稳定三性的三限制3）Kfp过高三，局三部反三馈回三路可三能会三不稳三定44在执三行元三件的三两腔三间并三联瞬三态流三量校三正装三置—瞬态三流量三稳定三器（蓄三能器+液阻三），也三能提三高阻三尼。三其传三递函三数推三导详三见P7三5工作三原理三：当负三载压三力的三变化三频率三较低三时，三对稳三态负三载没三有阻三尼作三用，三不影三响系三统静三特性三。当负三载压三力高三频变三化，三甚至三接近三系统三的谐三振频三率时三，1）负载三压力三猛增2）起到三阻尼三作用（一三部分三流量三分流三到流三量稳三定器三中，三减少三了液三压执三行元三件的三瞬时三流量三，减三少了三谐振三频率三处的三峰值三），缺点三：必须三增加三元件三，在三结构三尺寸三有限三制的三场合三不便三使用三。45第六三章三电三液伺三服系三统6.三1电液三伺服三系统三的类三型6.三2电液三位置三伺服三系统三的分三析6.三3电液三伺服三系统三的校三正6.三4电液三速度三控制三系统6.三5电液三力控三制系三统本章三介绍46电液三速度三控制三系统应用三广泛三：原动三机调三速、机床三进给三装置三的速三度控三制雷达三天线炮塔转台局部三速度三反馈三（提三高刚三度、三减小三参数三变化三，提三高精三度）直流放大器eiegef-im液压马达测速发电机伺服阀47电液三伺服三速度三控制三系统三方块三图（三未校三正）三（0型有三差系三统）+-+-48未校三正速三度控三制系三统开三环频三率特三性未校三正系三统特点三：1）简化三后的三特性三刚刚三稳定三，如三果稍三有变三化，三系统三将不三稳定2）在伺三服阀三前的三电子三放大三器中三串接三一个RC滞后三网络49校正三后速三度控三制系三统开三环频三率特三性校正三后系三统特点三：1）校正三参数三选取2）校正三后穿三越频三率下三降（三快速三性与三稳定三性不三可兼三得）3）采用三积分三放大三器提三高精三度50电伺三服放大三器eiegef-vp泵控三开环三控制三系统三组成三原理三框图比较信号发生伺服三阀i位移三传感三器液压马达变量三泵液压三缸二、三泵控三马达三速度三控制三系统（一三）泵三控开三环速三度控三制系三统开环三控制三受负三载和三温度三变化三的影三响较三大，三控制三精度三较差51电伺服放大器积分放大三器eiegef-vp泵控三闭环三速度三控制三系统三组成三原理三框图比较信号发生i测速三发电三机液压马达变量泵液压缸-位移三传感三器伺服阀（二三）带三位置三环的三泵控三闭环三速度三控制三系统变量三伺服三机构三的惯三性很三小，阀控三缸可看三成是三积分三环节三，变量三伺服三机构基本三上可三看成三是比三例环三节，三动态三由泵控三马达决定52泵控三闭环三速度三控制三系统三组成三原理三框图比例放大器eiegef-m比较信号发生液压马达变量泵液压缸伺服阀测速发电机（三三）不三带位三置环三的泵三控闭三环速三度控三制系三统1）变量三伺服三机构三的液三压缸三本身三含有三积分三环节三，系三统型三式不三变（三相对三型式三（二三）而三言）2）积分三环节三在后三面，三伺服三阀零三漂和三斜盘三力等三引起三的静三差仍三然存三在3）变量三机构三开环三控制三，抗三干扰三能力三差，三易受三零漂三、摩三擦等三影响计算三举例三参见P1三3353第六三章三电三液伺三服系三统6.三1电液三伺服三系统三的类三型6.三2电液三位置三伺服三系统三的分三析6.三3电液三伺服三系统三的校三正6.三4电液三速度三控制三系统6.三5电液三力控三制系三统本章三介绍54力（三压力三）控三制系三统应用三：材料三试验三机、结构三疲劳三试验三机压力三机轧钢三机的三张力三控制车轮三刹车三装置如果三说在三位置三控制三及速三度控三制方三面电三液伺三服系三统受三到电三控制三的挑三战的三话，三在力控三制方三面电三液控三制系三统却三越来三越取三得优三势。55伺服放大器eief伺服阀-xpkBM一、三系统三组成三与工三作原三理被控三量是三力（忽三略力三传感三器的三刚度三）56电液三力控三制系三统方三块图Kq-+x