(補充)電液系統(tǒng)與建模ppt課件

1、機電液系統(tǒng)建模第第1 1節(jié)節(jié) 緒論緒論第第2 2節(jié)節(jié) 電液伺服閥建模電液伺服閥建模第第3 3節(jié)節(jié) 液壓動力機構(gòu)控制方式液壓動力機構(gòu)控制方式第第4 4節(jié)節(jié) 電液位置伺服系統(tǒng)建模與控制電液位置伺服系統(tǒng)建模與控制第第1節(jié)節(jié) 緒論緒論o一、液壓控制系統(tǒng)任務(wù)原理運用及開展簡介o二、液壓控制系統(tǒng)組成o三、液壓控制系統(tǒng)分類o四、液壓控制系統(tǒng)特點1.1 液壓控系統(tǒng)的根本任務(wù)原理液壓控系統(tǒng)的根本任務(wù)原理o1.1.1 液壓控制系統(tǒng)Dsp0p1CT2CT電磁換向閥調(diào)速閥工作臺FDsp0p工作臺F伺服、放大、校正裝置伺服閥測速電機ufuru指令電位器i指令元件校正伺服放大伺服閥液壓缸工作臺測速電機rufuui0Qv小

2、結(jié)液壓控制系統(tǒng)具有負反響回路，它是一個負反響控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成包含有控制元件例如伺服閥、滑閥等，執(zhí)行元件例如液壓缸液壓動力機構(gòu)液壓動力機構(gòu)油液壓控制元件、執(zhí)行元件、負載三者構(gòu)成，稱為液壓動力機構(gòu)。液壓控制概念包含有液壓動力機構(gòu)的反響控制系統(tǒng)，稱為液壓控制系統(tǒng)。 1.2 液壓控制系統(tǒng)的組成液壓控制系統(tǒng)的組成o指令元件o反響元件o比較元件o放大元件o執(zhí)行元件o被控對象o校正安裝1.3 液壓控制系統(tǒng)分類液壓控制系統(tǒng)分類o1、按偏向信號的產(chǎn)生與傳送介質(zhì)可分為o機械液壓控制系統(tǒng)簡稱為機液控制系統(tǒng)o電氣液壓控制系統(tǒng)簡稱為電液控制系統(tǒng)o氣動液壓控制系統(tǒng)簡稱為氣液控制系統(tǒng)o2、按液壓控制元件可分

3、為o閥控系統(tǒng)o泵控系統(tǒng)1.3 液壓控制系統(tǒng)分類液壓控制系統(tǒng)分類o3、按被控物理量可分為o位置控制系統(tǒng)o速度控制系統(tǒng)o力控制系統(tǒng)o壓力控制系統(tǒng)o其他物理量控制系統(tǒng)溫度、加速度等1.3 液壓控制系統(tǒng)分類液壓控制系統(tǒng)分類o4、按輸入信號不同可分為o伺服控制系統(tǒng)：輸入信號不斷變化，輸出信號以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入信號變化的控制系統(tǒng)。o恒值控制系統(tǒng)：輸入信號為常值或隨時間緩慢變化，系統(tǒng)能抑制外界干擾的影響，以一定準(zhǔn)確度將輸出堅持在希望的數(shù)值上的控制系統(tǒng)。1.4 液壓控制系統(tǒng)的特點液壓控制系統(tǒng)的特點o1.4.1 優(yōu)點o功率分量比大，扭矩慣量比大力質(zhì)量o液壓執(zhí)行機構(gòu)呼應(yīng)速度快，系統(tǒng)頻帶寬。因液壓固有頻率高。o抗

4、干擾才干強，液壓系統(tǒng)剛度大，在外界干擾影響下，其變化小。o其他，光滑性好，散熱性好。o1.4.2 缺陷o液壓元件要求加工精度高，呵斥制造本錢高。o要求密封好，、否那么引起系統(tǒng)走漏。o液壓易受污染，要求過濾精度高。o液壓能源的獲得與保送不向電能那樣方便。第2節(jié) 電液伺服閥 一、概述：o1、作用：用于電液控制系統(tǒng)中o1信號轉(zhuǎn)換：將電信號i變成液壓信號QL、PL。o2功率放大：將小功率電信號放大為大功率液壓信號。o3控制元件：伺服閥液壓量強度受輸入電信號控制，從而控制進入液壓執(zhí)行機構(gòu)中的流量、壓力，推進負載運動。 電子部分電液伺服閥液壓執(zhí)行元件反饋檢測元件輸入信號2、構(gòu)成：o電液伺服閥由以下幾部分組

5、成： o1力矩馬達：將電流i轉(zhuǎn)換為力矩Td或Fd；o2力矩位移轉(zhuǎn)換安裝：將力矩Fd轉(zhuǎn)換為擋板位移Xf；o3中間級液壓放大器：推進滑閥閥芯功率級；o4功率級液壓放大器：輸出QL、PL。2、構(gòu)成：o假設(shè)閥中有一個中間液壓放大器，為兩級閥o假設(shè)閥中有兩個中間液壓放大器，為三級閥電液伺服閥任務(wù)原理o力反響兩級伺服閥 1組成o力矩馬達：導(dǎo)磁體、永久磁鐵、控制線圈及銜鐵等o力矩位移轉(zhuǎn)換安裝：彈簧管，擋板o中間液壓放大器：固定節(jié)流孔、噴嘴、擋板組成的雙噴嘴擋板閥，其負載是功率級滑閥。o功率液壓放大器：閥芯及閥套組成的零開口四通滑閥。o銜鐵，擋板，反響桿組件：銜鐵，擋板，彈簧管，反響桿等組成。將力矩馬達，中間

6、級及功率放大級聯(lián)絡(luò)在一同，構(gòu)成滑閥位置負反響。o附件、油管等2)力反響兩級伺服閥任務(wù)過程2兩個控制線圈用法Ri2 Rcpi R電控功率cRcRicicRcRi2、兩級滑閥式伺服閥 電液伺服閥分類 o伺服閥分類方法很多，按伺服閥中含液壓放大器個數(shù)分類如下：o1、單極伺服閥o2、兩級伺服閥o 1滑閥位置反響o 力反響式o 直接位置反響式o 平衡彈簧式o 機械位置反響式o 電氣位置反響式o 2負載流量反響o 3負載壓力反響o 4動壓反響o3、三級伺服閥力反響兩級伺服閥 動鐵式單級伺服閥動圈式單級伺服閥力反響兩級伺服閥 12437NS9fx10111256vx13Bsp0pA直接反響兩級伺服閥彈簧對中

7、式兩級伺服閥 機械反響兩級伺服閥 2 電液伺服閥傳送函數(shù) n由兩種閥傳送函數(shù)式可知，根本方式一樣，僅參數(shù)詳細表達式不同。n即不是一階環(huán)節(jié)也不是二階環(huán)節(jié)，是三階動態(tài)函數(shù)。n 工程上根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)頻寬及伺服閥頻寬可將其近似為如下三種： A) Ksv 比例環(huán)節(jié) iQ B 慣性環(huán)節(jié) 1sKiQC 振蕩環(huán)節(jié) 1222ssKiQ4電液伺服閥靜態(tài)方程lsPP sP PvRlsKiPPPvQl =Ki Qon=KiR 額定負載流量 式中： iR-額定電流 -閥壓降 額定空載流量Qln= KiR3伺服閥選擇方法及運用本卷須知 伺服閥選擇方法根據(jù)執(zhí)行元件所需最大負載流量Qlm與最大負載壓力Plm計算伺服閥的閥壓降，

8、再根據(jù)知參數(shù)Qlm和PV ，折算為伺服閥樣本對應(yīng)參數(shù)Qls及Pvs，按樣本給出的閥壓降Pvs和額定負載流量Qls確定伺服閥型號及規(guī)格。 1、根據(jù)伺服閥盡能夠任務(wù)在線形區(qū)，普通選擇油壓力為Ps=3Plm/2 Ps不能超越額定壓力 2、計算閥壓降PV =Ps-Plm 3、根據(jù)樣本給出的閥壓降PVs及參數(shù)Qlm、 PV求伺服閥流量：Qls =Qlm vvspp4、選伺服閥電流icm 5、根據(jù)知參數(shù)icm 、 PVs 、Qls選擇閥型號及參數(shù) 第第3 3節(jié)節(jié) 液壓動力機構(gòu)液壓動力機構(gòu)o液壓動力機構(gòu)由液壓控制元件、液壓執(zhí)行元件和負載構(gòu)成，液壓控制元件可以是液壓控制閥、也可以是變量泵，執(zhí)行機構(gòu)有液壓伺服缸

9、，液壓伺服馬達。o動力機構(gòu)控制方式有兩種，即o1、泵控，又稱為容積控制，它是經(jīng)過改動泵的排量來控制輸入執(zhí)行機構(gòu)的流量，控制執(zhí)行機構(gòu)運動速度。在泵控系統(tǒng)中，系統(tǒng)壓力取決于負載。o2、閥控，又成為節(jié)流控制，它是用伺服閥控制輸入執(zhí)行機構(gòu)的流量，控制執(zhí)行機構(gòu)的運動速度。在閥控系統(tǒng)中，液壓源通常是恒壓源。3.1 閥控液壓缸o圖3.1四通閥控液壓缸3.1.1 閥控液壓缸動力機構(gòu)根本方程o1 1、滑閥流量方程、滑閥流量方程o2 2、液壓缸延續(xù)性方程、液壓缸延續(xù)性方程o3 3、動力機構(gòu)力平衡方程、動力機構(gòu)力平衡方程3.1.2 3.1.2 閥控液壓缸動力機構(gòu)方塊圖、傳閥控液壓缸動力機構(gòu)方塊圖、傳送函數(shù)及形狀方程

10、送函數(shù)及形狀方程o1、動力機構(gòu)方塊圖、動力機構(gòu)方塊圖o2、閥控液壓缸動力機構(gòu)的傳送函數(shù)、閥控液壓缸動力機構(gòu)的傳送函數(shù) o3、閥控液壓缸動力機構(gòu)的形狀方程、閥控液壓缸動力機構(gòu)的形狀方程 由動力機構(gòu)傳送函數(shù)列寫形狀方程 (2)由動力機構(gòu)方塊圖直接列寫形狀方程 閥控液壓缸動力機構(gòu)的傳送函數(shù)閥控液壓缸動力機構(gòu)的傳送函數(shù)22222232)(4)(1 4)(4ACKKsAKVACKBsAVBACKmsAmVAKXYtecetteccetctecetqvr3.7 222222322)(4)(1 4)(4)4(1ACKKsAKVACKBsAVBACKmsAmVsVCKAFYtecetteccetctecete

11、ttecf3.8 222222322)(4)(1 4)(4)4(1ACKKsAKVACKBsAVBACKmsAmVFsVCKAXAKYtecetteccetctecetettecvq3.9 222222322)(4)(1 4)(4)(ACKKsAKVACKBsAVBACKmsAmVKsBmsAKXPtecetteccetctecetcqvL閥控液壓缸動力機構(gòu)方塊圖vxqKsVCKettec41AKsBmsc21AsLpFYQ動力機構(gòu)方塊圖直接列寫形狀方程動力機構(gòu)方塊圖直接列寫形狀方程 vxqKsVCKettec41AKsBmsc21AsLpFYQgFrefeo2 2、動力機構(gòu)傳送函數(shù)簡化方式、

12、動力機構(gòu)傳送函數(shù)簡化方式o1 1振動臺、火炮、雷達天線振動臺、火炮、雷達天線0K) 12()4(1222sssFsVKAXAKYhhhetcevqmVABVmAKetcteceh4tecceCKK1/2AKBcec由于在低頻區(qū)可把閥控液壓缸看成是一個阻尼系數(shù)為 的粘性阻尼器 ，表征閥控液壓缸作為阻尼缸任務(wù)時的特性，并等于穩(wěn)態(tài)速度剛度 2A /ceK24hehtKAmV m2 2電液疲勞實驗機、軋機液壓壓下系統(tǒng)電液疲勞實驗機、軋機液壓壓下系統(tǒng)0K1)/1 (2hcecKKAKB由于) 12(/)/1()4(10020222ssAKKsKKFsVKAXAKYcehetcevqhhhmKK /10m

13、Km/)/1 (42100mBKKVKchtcee也可以寫成另一種方式 ) 12)(1()(100202212sssFsKAXAKYrcevq214AKKVKcehtcee液壓彈簧剛度與液壓阻尼之比 22ceKKA負載剛度與阻尼系數(shù)之比 )/1/1/()11/(1221hcerKKAK液壓彈簧剛度和負載彈簧串聯(lián)耦合時的剛度與阻尼系數(shù)之比 3.15 閥控液壓缸動力機構(gòu)的頻率特性分析閥控液壓缸動力機構(gòu)的頻率特性分析o負載剛度為零k=0時的頻率特性22( )2(1)qhhhKAW ssss1101001000-100-80-60-40-200204060幅 值（ dB)頻率（ 弧度秒）1101001

14、000-270-225-180-135-90相角（ 度）頻率（ 弧度秒）負載剛度為不為零 時的頻率特性 0.010.11101001000-120-100-80-60-40-20020幅 值(dB)頻率（ 弧度秒）0K 2022002(1)(1)qvrKXAYsss0.010.11101001000-270-225-180-135-90-45045相角（ 度）頻率 (弧度秒 ）閥控液壓缸的動態(tài)特性 傳送函數(shù)Y F表示外加擾動力的變化對輸出位移的影響，稱為閥控液壓缸的動態(tài)柔度特性。式中負號表示外擾動添加將引起液壓缸速度降低。F/Y的倒數(shù)，稱為動態(tài)剛度，動態(tài)剛度表示一個系統(tǒng)的抗干擾才干，動態(tài)剛度越

15、大，其抗干擾才干越強。 動態(tài)剛度的傳送函數(shù)為： 2222hh22cehhcehht122AsAsss 1ss 1KKFYVs114ecesK1,A/KKV/K2cehtcee=4 當(dāng)K=0， 時，那么 = ，普通 。 0Be1h2h 1h圖3.7 傳送函數(shù)F/Y雙對數(shù)圖-40-20020406080Magnitude (dB)10-1100101102103180225270315360405Phase (deg)Bode DiagramFrequency (rad/sec)sp0piFcBy/D A計算機m比例放大器Rvfv加法器4.1 系統(tǒng)的組成與方塊圖系統(tǒng)的組成與方塊圖第第4節(jié)節(jié) 電液位

16、置伺服系統(tǒng)電液位置伺服系統(tǒng)4.1 系統(tǒng)的組成與方塊圖系統(tǒng)的組成與方塊圖o4.1.14.1.1系統(tǒng)職能方塊圖系統(tǒng)職能方塊圖計算機/D A伺服放大器伺服閥油缸負載位移傳感器Ei0Qy4.1.2 系統(tǒng)傳送函數(shù)方塊圖系統(tǒng)傳送函數(shù)方塊圖液壓缸及負載 22/2(1)hhhYL ASQSs伺服閥 2221svvvvKQSi伺服放大器 1aaKiSE電流負反響 位移傳感器 ffVKY加法器 RfEVV14cetecekVsAk2221svvvvKss1aaKs221/21hhhAsssfKRvfvI0Qy液壓缸與負載伺服閥伺服放大器反饋位移傳感器F4.1.2 系統(tǒng)傳送函數(shù)方塊圖系統(tǒng)傳送函數(shù)方塊圖系統(tǒng)簡化方塊圖

17、14cetecekVsAk221/21hhhAsssRvfvI0Qy液壓缸與負載伺服閥伺服放大器反饋位移傳感器FfKaKsvK1/fKpv假設(shè)：1呼應(yīng)伺服閥 hv2采用耐高壓晶體管輸出電流負反響伺服放大器 va1按第二章動力機構(gòu)參數(shù)選擇方法。A、Ksv、Kce、Vt、 、 、 均為知。 hhe2Kf 、Ka根據(jù)系統(tǒng)性能要求定 4.2 系統(tǒng)動態(tài)分析系統(tǒng)動態(tài)分析4.2.1穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析2221vshhKWsss1vfasvKK K KA22221lg201lg20lg20hhhvKh021lg20hhvK121hhvKhhvK22 . 01 . 0hhvK)4 . 02 . 0(根據(jù)穩(wěn)定性要

18、求，Kf、Ka值可定 8070dbKg126系統(tǒng)開環(huán)伯德圖1101001000-80-60-40-2002040幅 值（ dB)頻率（ 弧度秒）1101001000-270-225-180-135-90相角（ 度）頻率（ 弧度秒）4.2.2閉環(huán)頻率呼應(yīng)閉環(huán)頻率呼應(yīng)221211pncbncncYRsssnch用圖解法求或用計算機求解得bvK系統(tǒng)閉環(huán)伯德圖1101001000-80-60-40-20020幅 值(dB)頻率（ 弧度秒）1101001000-270-225-180-135-90-45045相角（ 度）頻率（ 弧度秒） B當(dāng) ，放大系數(shù)為100時，其閉環(huán)剛度特性曲線如下圖。 100nc

19、2 . 0nc20()()vcewK AF jwY jwK22212111vnccebncncK AsssKFYs2min2()()ncvceK AF jwY jwK閉環(huán)剛度特性曲線 0.11101001000110100100010000雙對數(shù)坐 標(biāo)幅 值（ F/Y)頻率（ 弧度/秒）4.2.3 瞬態(tài)呼應(yīng)瞬態(tài)呼應(yīng) 由閉環(huán)傳送函數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)輸入為單位階躍輸入時，可求出 11sin1)(1cos11)(222btncncncncncnctettetyncnc)2(2ncncncb4.3系統(tǒng)誤差分析系統(tǒng)誤差分析 4.3.1系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析 由自動控制原理可知，單位反響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為

20、)()()()(sFsRstyfpvncncnchhhKsssssssGsGsGs) 12() 12()(11)(1)(1)(2222vncncncceetceKssssKVAKFYsf) 12() 14()(222利用終值定理 )()(lim0sRsss可求得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。也可以利用誤差系數(shù)表示，將誤差傳送函數(shù)用臺勞公式展開可得 kiipfiipliitFictRicty0)()(0)(!)(!)()0()(iic)0()(iffic00cvKc1122122vhhvKKc)411(62233hvhvvKKKch20AKKcvcef) 14(221cetevvcefKVKAKKc4.3.1

21、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析4.3.2系統(tǒng)靜態(tài)誤差分析系統(tǒng)靜態(tài)誤差分析 靜態(tài)誤差分為動力機死區(qū)構(gòu)靜態(tài)誤差、伺服閥死區(qū)靜態(tài)誤差、閥和放大器零漂靜態(tài)誤差、檢測靜態(tài)誤差等 1、動力機構(gòu)死區(qū)靜態(tài)誤差 設(shè)動力機構(gòu)靜摩擦力為 fF為了抑制靜摩擦力所需的壓差增量為 AFpfL由于液壓缸走漏和 附加的流量為 cKceLLKpQceccecKK為了產(chǎn)生附加流量所需的伺服閥電流為 LsvQKi1svcefsvceLsvLAKKFKKpKQi1i由于靜摩擦力引起的死區(qū)，這算為伺服閥輸入電流。 11fceafafsvF KiyK KAK K KfvceFAKK2AKKKKsvfav1開環(huán)增益 cevKAK2系統(tǒng)靜

22、態(tài)剛度 RVfK1fKaKKsv1i) 12(/122sssAhhh2、伺服閥死區(qū)靜態(tài)誤差 閥死區(qū)電流設(shè)為 2i靜態(tài)誤差為 22afiyK K3、閥和放大器零漂靜態(tài)誤差 零票電流設(shè)為 3i靜態(tài)誤差為 33afiyK K123123iafiiiyyyyK K afK K系統(tǒng)電氣部分增益4.3.2系統(tǒng)靜態(tài)誤差分析系統(tǒng)靜態(tài)誤差分析 4、檢測元件靜態(tài)誤差傳感器誤差直接反映在系統(tǒng)的輸出上 yy那么總的靜態(tài)誤差為： iyyyy 靜普通誤差分配時，要求 靜y1/2系統(tǒng)允許的誤差 4.3.2系統(tǒng)靜態(tài)誤差分析系統(tǒng)靜態(tài)誤差分析 4.4 具有彈性負載的電液位置伺服系統(tǒng)具有彈性負載的電液位置伺服系統(tǒng)具有彈性負載的電液位置伺服系統(tǒng)動力機構(gòu)數(shù)學(xué)模型RVV伺服放大器伺服閥液壓缸y負載位移傳感器系統(tǒng)職能方塊圖 職能方塊圖4.4.2系統(tǒng)傳送函數(shù)系統(tǒng)傳送函數(shù) 1、動力機構(gòu)傳送函數(shù) ) 12)(1(002020sssKKAQYrcehhKK10)/1 (42100mBKKV