液壓伺服與比例控制系統(tǒng) 第四部分 機液伺服系統(tǒng)

1、燕燕 山山 大大 學學液壓伺服與比例控制系統(tǒng)課程組課程組 歡歡 迎迎 使使 用用 液壓伺服與比例控制系統(tǒng) 多媒體授課系統(tǒng)多媒體授課系統(tǒng)本章摘要 由機械反饋裝置和液壓動力元件所組成的由機械反饋裝置和液壓動力元件所組成的反饋控制系統(tǒng)稱為機械液壓伺服系統(tǒng)。機液反饋控制系統(tǒng)稱為機械液壓伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)主要用來進行位置控制，也可以用伺服系統(tǒng)主要用來進行位置控制，也可以用來控制其它物理量，如原動機的轉(zhuǎn)速控制等。來控制其它物理量，如原動機的轉(zhuǎn)速控制等。 由液壓放大元件和液壓執(zhí)行元件所組發(fā)的液由液壓放大元件和液壓執(zhí)行元件所組發(fā)的液壓動力元件，實際上就是一個開環(huán)控制系統(tǒng)。壓動力元件，實際上就是一個開環(huán)控制

2、系統(tǒng)。 如果將液壓執(zhí)行元件的輸出位移量與指令信如果將液壓執(zhí)行元件的輸出位移量與指令信號相比較后的誤差信號再控制液莊放大元件，就號相比較后的誤差信號再控制液莊放大元件，就是閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。是閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。 也就是說，在開環(huán)控制的基礎上，通過負反也就是說，在開環(huán)控制的基礎上，通過負反饋裝置饋裝置即比較元件即比較元件+ +測量反饋元件就可以構(gòu)成測量反饋元件就可以構(gòu)成閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)。閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)。 將輸入量與反饋量比較后的誤差信號對輸出將輸入量與反饋量比較后的誤差信號對輸出量不斷調(diào)整以求減少誤差的系統(tǒng)稱隨動系統(tǒng)或伺量不斷調(diào)整以求減少誤差的系統(tǒng)稱隨動系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)。服系統(tǒng)。 如果比較反饋元件

3、由機械元件充當，則稱為如果比較反饋元件由機械元件充當，則稱為“機液伺服系統(tǒng)機液伺服系統(tǒng)”，以區(qū)別于電反饋系統(tǒng)。，以區(qū)別于電反饋系統(tǒng)。 “機液伺服系統(tǒng)機液伺服系統(tǒng)”廣泛的應用于廣泛的應用于飛機舵面控飛機舵面控制、火炮瞄準機構(gòu)操縱、車輛轉(zhuǎn)向控制、仿形機制、火炮瞄準機構(gòu)操縱、車輛轉(zhuǎn)向控制、仿形機床以及伺服變量泵床以及伺服變量泵等處。等處。 、工作原理及傳遞函數(shù)、工作原理及傳遞函數(shù) 21:vvvxxx閥開口量為XPXipS比較杠桿比較杠桿XPXV手手XiX1X2vx1vx2vxpxix比較反饋原理比較反饋原理baababX1baXi1vxix-X22vxabpxXPXiXVXV =X1 -X2vxix

4、px21vvvxxx指令指令液壓動力元件液壓動力元件XVpSXV文字方框圖文字方框圖XPXi比較杠桿比較杠桿abXibaabab比較元件要求：比較元件要求：1）與指令元件相連（手）與指令元件相連（手）2）與被控對象相連（舵機）與被控對象相連（舵機） 3）與放大元件相連（閥芯）與放大元件相連（閥芯） 、工作原理及傳遞函數(shù)、工作原理及傳遞函數(shù) 指令指令液壓動力元件液壓動力元件XVXibaabab)12(122ssshhhvxpxLF)4(12CeetpKsVApqAK動力元件Xibaabab方框圖方框圖 、工作原理及傳遞函數(shù)、工作原理及傳遞函數(shù) 方框圖簡化方框圖簡化)12(122ssshhhvxp

5、xLF)4(12CeetpKsVApqAK動力元件Xibaabab開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù) 一一、工作原理及傳遞函數(shù)、工作原理及傳遞函數(shù) 開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)hhvhhhvhvssKKsKGH,2,22方框圖的畫法方框圖的畫法二、穩(wěn)定性分析二、穩(wěn)定性分析 vhhK2lg20幅值穩(wěn)定性裕量幅值穩(wěn)定性裕量 hvKlg20vKlg201vvKNKNKv開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)vK一、采用一、采用直接位置比較直接位置比較的的液壓液壓工作臺位置控制系統(tǒng)工作臺位置控制系統(tǒng)指令元件與閥芯相連指令元件與閥芯相連受控對象與閥套相連受控對象與閥套相連Xi=X芯芯Xp=X

6、套套內(nèi)反饋就是直接內(nèi)反饋就是直接比較的位置反饋。比較的位置反饋。Xi=X芯芯Xp=X套套閥芯與閥套閥芯與閥套XvXiX芯芯X套套指令與閥連指令與閥連對象與閥套連對象與閥套連XP內(nèi)反饋中的比較元件就內(nèi)反饋中的比較元件就是是“閥芯閥芯”和和“閥套閥套”。比較元件要求：比較元件要求：1）與指令元件相連（手）與指令元件相連（手）2）與被控對象相連（工作臺）與被控對象相連（工作臺） 3）與放大元件相連（閥本身）與放大元件相連（閥本身）閥芯與閥套閥芯與閥套采用閥芯閥采用閥芯閥套直較方式套直較方式Xv指令指令XiX芯芯X套套指令傳感器指令傳感器反饋傳反饋傳感器感器 三、三、工作原理及傳遞函數(shù)工作原理及傳遞函

7、數(shù) 方框圖方框圖)12(122ssshhhvxpxLF)4(12CeetpKsVApqAK動力元件Xi11指令指令液壓動力元件液壓動力元件XVXi11)12(122ssshhhvxpxLF)4(12CeetpKsVApqAK動力元件Xi開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù))12(22sssAKGHhhhpq四、穩(wěn)定性分析四、穩(wěn)定性分析 hvKlg20vKlg20vhhK2lg20幅值穩(wěn)定性裕量幅值穩(wěn)定性裕量 四、穩(wěn)定性分析四、穩(wěn)定性分析 四、穩(wěn)態(tài)負載誤差四、穩(wěn)態(tài)負載誤差 ppLpqLCevpLCeLCevqAKFAKFKxAFKPKxKQQ泄放平衡時:指xpxLFSPSPOvx放Q指xpxSPSPO泄QL

8、F)12(122ssshhhpxLF)4(12CeetpKsVApqAK四、穩(wěn)態(tài)負載誤差四、穩(wěn)態(tài)負載誤差 )12(122ssshhhvxpxLF)4(12CeetpKsVApqAK動力元件Xi四、穩(wěn)態(tài)負載誤差四、穩(wěn)態(tài)負載誤差 )12(122ssshhhpxLF)4(12CeetpKsVApqAKqpKAqLvCeLLpLLKQxKPQAFP誤差泄漏負載壓差LpqCepFAKKx誤差01pxLF)0(12CepKApqAK將s=0代入得五、速度誤差五、速度誤差 vppqpqppvpvqppKvAKvKAvxAxKAQv放恒速時:vx指xpxSPSPO放Q指vpv指vvpppLvpAKFKv:總誤

9、差4.3 動壓反饋裝置液壓伺服系統(tǒng)往往是欠阻尼的，液壓阻尼比小直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度和精度。因此提高阻尼比，對改善系統(tǒng)性能是十分重要的。采用動壓反饋可以有效地提高阻尼比，兩種常用的動壓反饋裝置，分別是液阻加空氣蓄能器和油氣阻尼器，一、基本方程：一、基本方程：二、方框圖與傳遞函數(shù)：二、方框圖與傳遞函數(shù)：LqvcLQK XK P( )4tLpptpdLLeVQA sXCGs PsP2pLtpA Pm s X三、傳遞函數(shù)簡化液壓固有頻率：液壓阻尼比：2221qppvhhhKXAXsss24ephttAmV( )ceetdethptptKmGsmAVAV附加阻尼比：( )1detccetpt

10、pctGsmCsmAVAsV11cetcchdptccCmssKAVss 第三章中所討論的閥控缸，閥控馬達及系在馬達第三章中所討論的閥控缸，閥控馬達及系在馬達等都是開環(huán)控制。這一章講的是在開環(huán)動力元件的基等都是開環(huán)控制。這一章講的是在開環(huán)動力元件的基礎上，加上反饋裝置后就組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用機礎上，加上反饋裝置后就組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用機械反饋元件的系統(tǒng)稱為機液控制。械反饋元件的系統(tǒng)稱為機液控制。 分析機液系統(tǒng)時，首先要分析其工作原理。先必須分析機液系統(tǒng)時，首先要分析其工作原理。先必須從實際系統(tǒng)中找出比較元件，弄清比較方式，明確指從實際系統(tǒng)中找出比較元件，弄清比較方式，明確指令信號和被控對象

11、；然后研究閥、缸（動力元件）的令信號和被控對象；然后研究閥、缸（動力元件）的類型，在此基礎上就可以建立全部基本方程，由基本類型，在此基礎上就可以建立全部基本方程，由基本方程即可求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。有了傳遞函數(shù)，就可方程即可求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。有了傳遞函數(shù)，就可以按照制理論分析其靜態(tài)動態(tài)品質(zhì)。以按照制理論分析其靜態(tài)動態(tài)品質(zhì)。 機液伺服系統(tǒng)工作可靠。但是，如果設計時各參數(shù)機液伺服系統(tǒng)工作可靠。但是，如果設計時各參數(shù)選擇不好，裝配時就不易調(diào)整。另外，機械元件有慣選擇不好，裝配時就不易調(diào)整。另外，機械元件有慣性，時間常數(shù)較大；機械運動件間總有間隙、摩擦，性，時間常數(shù)較大；機械運動件間總有間隙、摩擦，工

12、作久了總有磨損，這些都會降低系統(tǒng)的精度。工作久了總有磨損，這些都會降低系統(tǒng)的精度。 由于液壓動力元件的傳遞函數(shù)式是積分環(huán)節(jié)加振由于液壓動力元件的傳遞函數(shù)式是積分環(huán)節(jié)加振蕩環(huán)節(jié)。因此，可以說機液系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)基本蕩環(huán)節(jié)。因此，可以說機液系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)基本上都是積分加振蕩。上都是積分加振蕩。比較元件要求：比較元件要求：1）與指令元件相連；）與指令元件相連；2）與被控對象相連；）與被控對象相連；3）與放大元件相連。）與放大元件相連。穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 ： 穩(wěn)態(tài)誤差與放大元件的輸出流量有關，與放大元穩(wěn)態(tài)誤差與放大元件的輸出流量有關，與放大元件在穩(wěn)態(tài)時的輸入量件在穩(wěn)態(tài)時的輸入量 xv 成正比。成正

13、比。1）負載誤差負載誤差與與負載負載FL成正比成正比,與與壓力增益壓力增益KP成反比成反比(與與總壓力流量系數(shù)總壓力流量系數(shù)KCe成正比成正比)；2）速度）速度誤差誤差與與給定速度給定速度V成正比，與成正比，與速度增益速度增益Kv成反成反比。比。因此因此 ：1） 要想辦法提高要想辦法提高壓力增益壓力增益KP，減小閥的零位泄漏；，減小閥的零位泄漏；2） 要想辦法在保證穩(wěn)定的前提下，提高要想辦法在保證穩(wěn)定的前提下，提高速度增益速度增益Kv。穩(wěn)定性穩(wěn)定性 ： 系統(tǒng)穩(wěn)定性與開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性與開環(huán)增益增益Kv有關，與固有頻率有關，與固有頻率h有有關，與阻尼系數(shù)關，與阻尼系數(shù)h有關。有關。1）油缸的等效容積越小，液壓彈簧剛度越大，）油缸的等效容積越小，液壓彈簧剛度越大，固有頻固有頻率率h越高，穩(wěn)定性越好；越高，穩(wěn)定性越好；2）開環(huán)開環(huán)增益增益Kv越小，越小，總壓力流量系數(shù)