第六章電液伺服系統(tǒng)

第六章電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)綜合了電氣和液壓兩方面的特長(zhǎng)，具有控制精度高、響應(yīng)速度快、輸出功率大、信號(hào)處理靈活、易于實(shí)現(xiàn)各種參量的反饋等優(yōu)點(diǎn)。電液伺服系統(tǒng)在負(fù)載質(zhì)量大又要求響應(yīng)速度快的場(chǎng)合使用最為合適，其應(yīng)用遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域?！?-1電液伺服系統(tǒng)的類型電液伺服系統(tǒng)分類方法很多，可以從不同的角度分類，例如位置控制、速度控制、力控制等；閥控系統(tǒng)、泵控系統(tǒng)；大功率系統(tǒng)、小功率系統(tǒng)；開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等。根據(jù)輸入信號(hào)的形式不同，還可以分為模擬伺服系統(tǒng)和數(shù)字伺服系統(tǒng)兩類。下面對(duì)模擬伺服系統(tǒng)和數(shù)字伺服系統(tǒng)作一簡(jiǎn)單介紹。一、模擬伺服系統(tǒng)在模擬伺服系統(tǒng)中，全部信號(hào)都是連續(xù)的模擬量，如圖6-1所示。電信號(hào)可以是直流量，也可以是交流量。直流量和交流量相互轉(zhuǎn)換可以通過調(diào)制器和解調(diào)器完成。模擬伺服系統(tǒng)重復(fù)精度高，但分辨能力較低（絕對(duì)精度低）。伺服系統(tǒng)的精度在很大程度上取決于檢測(cè)裝置的精度，而模擬式檢測(cè)裝置的精度一般低于數(shù)字式檢測(cè)裝置，所以模擬伺服系統(tǒng)分辨能力低于數(shù)字模擬伺服系統(tǒng)。模擬伺服系統(tǒng)中微小信號(hào)容易受到噪聲和零漂的影響，因此當(dāng)輸入信號(hào)接近或小于輸入端的噪聲和零漂時(shí)，就不能進(jìn)行有效的控制了。二、數(shù)字伺服系統(tǒng)在數(shù)字伺服系統(tǒng)中，全部或部分信號(hào)是離散參量。因此數(shù)字伺服系統(tǒng)又分為全數(shù)字伺服系統(tǒng)和數(shù)字-模擬伺服系統(tǒng)。在全數(shù)字伺服系統(tǒng)中，動(dòng)力元件必須能夠接受數(shù)字信號(hào)，可采用數(shù)字閥或電液步進(jìn)馬達(dá)。數(shù)字-模擬混合式伺服系統(tǒng)，如圖6-2所示。數(shù)字裝置發(fā)出的指令脈沖與反饋脈沖相比較后產(chǎn)生數(shù)字偏差，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器把信號(hào)變?yōu)槟M偏差電壓，后面的動(dòng)力部分不變，仍是模擬元件。系統(tǒng)輸出通過數(shù)字檢測(cè)器（即模數(shù)轉(zhuǎn)換器）變?yōu)榉答伱}沖信號(hào)。數(shù)字檢測(cè)裝置具有很高的分辨能力，所以數(shù)字伺服系統(tǒng)可以得到很高的絕對(duì)精度。數(shù)字伺服系統(tǒng)的輸入信號(hào)是很強(qiáng)的脈沖電壓，受模擬量的噪聲和零漂的影響很小。因此，當(dāng)要求較高的絕對(duì)精度，而不是重復(fù)精度時(shí)，常采用數(shù)字伺服系統(tǒng)。數(shù)字伺服系統(tǒng)還能運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行存貯、解算和控制，在大系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多環(huán)路、多參量的實(shí)時(shí)控制，因此發(fā)展前景廣闊。但是，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面來看，簡(jiǎn)單的伺服系統(tǒng)仍以采用模擬控制為宜?！?-2電液位置伺服系統(tǒng)的分析電液位置伺服系統(tǒng)是最基本和最常用的液壓伺服系統(tǒng)，如機(jī)床工作臺(tái)的位置、板帶扎機(jī)的板厚、帶材跑偏控制、飛機(jī)和艦船的舵機(jī)控制、雷達(dá)和火炮控制系統(tǒng)以及振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)等。在其它物理量的控制系統(tǒng)中，如速度控制和力控制系統(tǒng)中，也常用位置控制小回路作為大回路中的一個(gè)環(huán)節(jié)。一、系統(tǒng)的組成及其傳遞函數(shù)電液伺服系統(tǒng)的動(dòng)力元件有閥控式和泵控式兩種基本型式，但是由于其所采用的指令裝置、反饋測(cè)量裝置和相應(yīng)的放大、校正的電子部件不同，就構(gòu)成了不同的系統(tǒng)。如果采用電位器作為指令裝置和反饋裝置，就可以構(gòu)成直流電液位置伺服系統(tǒng)；如果采用自整角機(jī)或旋轉(zhuǎn)變壓器作為指令裝置和反饋裝置，就可以構(gòu)成交流電液位置伺服系統(tǒng)。圖6-3為采用自整角機(jī)作為角測(cè)量裝置的電液位置伺服系統(tǒng)。自整角機(jī)是一種回轉(zhuǎn)式的電磁感應(yīng)元件，由轉(zhuǎn)子和定子組成。在定子上繞有星形連接的三相繞組，轉(zhuǎn)子上繞有單相繞組。在伺服系統(tǒng)中，自整角機(jī)是成對(duì)運(yùn)行的，與指令軸相聯(lián)的自整角機(jī)稱為發(fā)送器，與輸出軸相聯(lián)的自整角機(jī)稱為接受器。發(fā)送器轉(zhuǎn)子繞組接激磁電壓，接受器轉(zhuǎn)子繞組輸出誤差信號(hào)電壓。接受器和發(fā)送器定子的三相繞組相聯(lián)。自整角機(jī)測(cè)量裝置輸出的誤差信號(hào)電壓是一個(gè)振幅調(diào)制波，其頻率等于激磁電壓（載波）的頻率，其幅值與輸入軸和輸出軸之間的誤差角的正弦成正比，即Ue=Kesin(θr-θc)。在誤差角(θr-θc)很小時(shí)，sin(θr-θc)

≈θr-θc

，故自整角機(jī)的增益為Ue

/(θr-θc)=Ke

。自整角機(jī)輸出的交流誤差電壓信號(hào)經(jīng)相敏放大器前置放大和解調(diào)后轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)。直流電壓信號(hào)的大小比例于交流電壓信號(hào)的幅值，其極性與交流電壓信號(hào)的相位相適應(yīng)。相敏放大器的動(dòng)態(tài)與液壓動(dòng)力元件相比可以忽略，將其看成比例環(huán)節(jié)，其增益為Ug

/Ue=Kd

。伺服放大器和伺服閥力矩馬達(dá)線圈的傳遞函數(shù)與伺服放大器的形式有關(guān)。當(dāng)采用電流負(fù)反饋放大器時(shí)，由于力矩馬達(dá)線圈的轉(zhuǎn)折頻率ωa很高，可以忽略。伺服放大器輸出電流△i與輸入電壓ug近似成比例。其傳遞函數(shù)可用伺服放大器增益表示，即△I

/Ug=Ka。電液伺服閥的傳遞函數(shù)采用什么形式，取決于動(dòng)力元件的液壓固有頻率的大小。當(dāng)伺服閥的頻寬與液壓固有頻率相近時(shí)，伺服閥可近似看成二階振蕩環(huán)節(jié)當(dāng)伺服閥的頻寬大于液壓固有頻率（3～5倍）時(shí)，伺服閥可近似看成慣性環(huán)節(jié)當(dāng)伺服閥的頻寬大于液壓固有頻率（5～10倍）時(shí)，伺服閥可近似看成比例環(huán)節(jié)在沒有彈性負(fù)載和不考慮結(jié)構(gòu)柔度時(shí)，閥控液壓馬達(dá)的動(dòng)態(tài)方程為齒輪減速器的傳動(dòng)比為系統(tǒng)的方塊圖如圖6-4所示。系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為當(dāng)考慮電液伺服閥的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如上式所示是比較復(fù)雜的。通常電液伺服閥的響應(yīng)速度較快，與液壓動(dòng)力元件相比可以忽略不計(jì)，可以把它看成比例環(huán)節(jié)。系統(tǒng)方塊圖可以簡(jiǎn)化成圖6-5所示的形式。系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可簡(jiǎn)化為系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的形式與第四章所討論的機(jī)液伺服位置系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的形式相同，故系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件仍為為了保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定工作，就要求系統(tǒng)有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕量。通常相角裕量γ應(yīng)在30°～60°之間，增益裕量20lgKg應(yīng)大于6dB（或Kg

＞2）。當(dāng)γ≥45°，20lgKg≥6dB（或Kg

＞2）時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)增益應(yīng)滿足以下兩式：無因次開環(huán)增益Kv

/ωh與阻尼比ζh的關(guān)系曲線如圖6-6所示。二、系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)分析系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的閉環(huán)剛度為系統(tǒng)的閉環(huán)靜態(tài)剛度為速度誤差、負(fù)載誤差和由靜摩擦力矩引起的不靈敏區(qū)（死區(qū)）的計(jì)算與第四章所討論的機(jī)液伺服位置系統(tǒng)一樣。除了速度誤差、負(fù)載誤差和由靜摩擦力矩引起的不靈敏區(qū)外，還有伺服放大器零漂、伺服閥零漂及死區(qū)等引起的位置誤差。伺服放大器零漂、伺服閥零漂及死區(qū)和負(fù)載的靜摩擦力矩等所引起的總位置誤差就是系統(tǒng)的總靜態(tài)誤差。這部分誤差的計(jì)算可參考圖6-12。三、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析由靜摩擦力矩引起的靜態(tài)位置誤差為靜摩擦力矩折算到伺服閥輸入端的死區(qū)電流為電液伺服閥零漂和死區(qū)引起的位置誤差為在計(jì)算系統(tǒng)總靜差時(shí)，可以將系統(tǒng)中各元件的零漂和死區(qū)折算到伺服閥的輸入端，以伺服閥的輸入電流值表示。假設(shè)總的零漂和死區(qū)電流為∑△I時(shí)，則總的靜態(tài)位置誤差為注意：為了減小零漂和死區(qū)等引起的干擾誤差，應(yīng)增大干擾作用點(diǎn)以前的回路增益（包括反饋回路的增益）。在系統(tǒng)各元件的增益分配時(shí)應(yīng)考慮著一點(diǎn)。顯然對(duì)所討論的系統(tǒng)而言，增大Ke和Kd對(duì)于減小各干擾量所引起的位置誤差都是有利的。檢測(cè)器的誤差在控制回路之外，與回路的增益無關(guān)，它的誤差直接反映到系統(tǒng)的輸出端，從而直接影響系統(tǒng)的精度。顯然，控制系統(tǒng)的精度無論無何也不會(huì)超過反饋測(cè)量系統(tǒng)的精度。因此，在高精度控制系統(tǒng)中，要注意反饋測(cè)量裝置的選擇。圖6-13所示電液位置伺服系統(tǒng)：已知：液壓缸有效面積Ap=168×10-4m3，系統(tǒng)總流量-壓力系數(shù)Kce=1.2×10-11m3/s·Pa，最大工作速度vm=2.2×10-2m/s，最大靜摩擦力Ff=1.75×104N，伺服閥零漂和死區(qū)電流總計(jì)為15mA。要求：增益裕量6dB。試確定：放大器增益、穿越頻率和相位裕量；求系統(tǒng)的跟隨誤差和靜態(tài)誤差。四、計(jì)算舉例系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為開環(huán)放大系數(shù)為：Kv=KaKsv/Ap=(1.96×10-3)Ka/(168×10-4)。光電檢測(cè)器與放大器增益待定。繪制Kv=1時(shí)的開環(huán)伯德圖，如圖6-14所示。圖中相位曲線1、2和3分別是積分環(huán)節(jié)、伺服閥和閥控液壓缸的相位曲線，其代數(shù)和為總相位曲線4。為了滿足系統(tǒng)的增益裕量為6dB，可將圖6-14中的0分貝線有0’移至0。由圖可查得穿越頻率ωc=26.7rad/s，對(duì)應(yīng)的相位裕量為γ=78.7°。由新、舊0分貝線的距離可得系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)Kv=24.71/s。光電檢測(cè)器與伺服放大器增益為系統(tǒng)的跟隨誤差為靜摩擦力引起的死區(qū)電流為零漂和死區(qū)引起的總靜態(tài)誤差為系統(tǒng)的總誤差為跟隨誤差和總靜態(tài)誤差之和，即(0.89+0.1)×10-3m=0.99×10-3m。§6-3電液位置伺服系統(tǒng)的校正對(duì)液壓伺服系統(tǒng)校正時(shí)應(yīng)注意以下特點(diǎn)：液壓位置伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)通?？梢院?jiǎn)化為一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)，而液壓阻尼比一般都比較小，使得增益裕量不足，相位裕量有余。參數(shù)變化較大，特別是阻尼比隨工作點(diǎn)變動(dòng)在很大的范圍內(nèi)變化。滯后校正的主要作用是：通過提高低頻段增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，或者在保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的條件下，通過降低系統(tǒng)高頻段的增益，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖6-15a為一種由電阻、電容組成的滯后校正網(wǎng)絡(luò)，其傳遞函數(shù)為一、滯后校正圖6-5所示的位置伺服系統(tǒng)加入滯后校正后，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)校正后的開環(huán)伯德圖見圖6-16中的曲線1。圖6-5設(shè)計(jì)滯后校正網(wǎng)絡(luò)主要是確定參數(shù)ωc、ωrc和α。設(shè)計(jì)步驟如下：1）根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差的要求，確定系統(tǒng)的速度放大系數(shù)Kvc。2）利用已經(jīng)確定的Kvc，畫出未校正系統(tǒng)的伯德圖，如圖6-16中的曲線2，檢查未校正系統(tǒng)的相位裕量和增益裕量，看是否滿足要求。3）如果不滿足要求，則應(yīng)根據(jù)相位裕量和增益裕量的要求確定新的增益穿越頻率ωc。在ωc處的相位為：φc(ωc)=-180°+[γ+(5°～12°)]

式中，γ是要求的相位裕量，增加5°～12°是為了補(bǔ)償滯后網(wǎng)絡(luò)在ωc處引起的相位滯后。ωrc靠近ωc時(shí)取大值，反之取小值。在伯德圖根據(jù)上式可確定出ωc。在ξh比較小時(shí)，增益裕量難以保證，應(yīng)根據(jù)增益裕量確定ωc，然后檢查相位裕量是否滿足要求。4）選擇轉(zhuǎn)折頻率ωrc。為了減小滯后網(wǎng)絡(luò)對(duì)ωc處相位滯后的影響，應(yīng)使ωrc低于新增益穿越頻率ωc的1～10倍頻程，一般可?。害豶c=(1/4～1/5)ωc。5）確定滯后超前比α。由Kvc=αKv=αωc，可定出α。α一般在10～20之間，通常取α=10。注意幾點(diǎn)：滯后校正使速度放大系數(shù)提高了α倍，因此使速度誤差減小了α倍，從而提高了閉環(huán)剛度，減小了負(fù)載誤差。由于回路增益提高，減小了元件參數(shù)變化和非線性影響。滯后校正降低了穿越頻率，使穿越頻率兩側(cè)的相位滯后增大，特別是低頻側(cè)相位滯后較大。如果低頻相位小于180°，在開環(huán)減小時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性就變壞，甚至變得不穩(wěn)定。上述滯后校正網(wǎng)絡(luò)是無源校正網(wǎng)絡(luò)，為了補(bǔ)償滯后校正網(wǎng)絡(luò)的衰減，需將放大器的增益增加α倍，或增設(shè)增益放大裝置。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，常采用調(diào)節(jié)器校正。調(diào)節(jié)器是以運(yùn)算放大器為基礎(chǔ)組成的。運(yùn)算放大器的增益很高，可以很容易組成并實(shí)現(xiàn)各種調(diào)節(jié)功能。速度反饋校正的主要作用是：提高主回路的靜態(tài)剛度，減小速度反饋回路內(nèi)的干擾和非線性的影響，提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度。加速度反饋校正的主要作用是：提高系統(tǒng)的阻尼。低阻尼是限制液壓伺服系統(tǒng)性能指標(biāo)的主要原因，如果能將阻尼比提高到0.4以上，系統(tǒng)的性能就可以得到顯著的改善。根據(jù)需要速度反饋和加速度反饋可以單獨(dú)使用，也可以聯(lián)合使用。二、速度與加速度反饋校正圖6-17為圖6-4所示位置伺服系統(tǒng)加入速度與加速度反饋校正后的簡(jiǎn)化方塊圖。利用測(cè)速發(fā)電機(jī)可以將馬達(dá)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為反饋電壓信號(hào)；在速度反饋電壓信號(hào)后面再接上微分電路或微分放大器，就可以得到加速度反饋電壓信號(hào)。將速度與加速度電壓信號(hào)反饋到功率放大器的輸入端，就構(gòu)成了速度與加速度反饋。圖6-17假定伺服閥響應(yīng)很快，把它看成比例環(huán)節(jié)，即KsvGsv(s)=Ksv

，則可得速度與加速度反饋校正回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為整個(gè)位置伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為只有速度反饋校正時(shí)，K2

=0。此時(shí)，速度反饋校正使位置系統(tǒng)的開環(huán)增益降低為Kv/(1+K1)，固有頻率增大為ωh(1+K1)1/2，阻尼比下降為ξh/(1+K1)1/2。開環(huán)增益的下降可以通過調(diào)整前置放大器的增益Ka加以補(bǔ)償。校正后的固有頻率和阻尼比的乘積等于校正前的固有頻率和阻尼比的乘積，阻尼比的減小恰好抵消了固有頻率的提高。因此，系統(tǒng)允許的開環(huán)放大系數(shù)沒有變化，但固有頻率的提高為系統(tǒng)頻寬的提高創(chuàng)造了條件。如果能通過其它途徑提高阻尼比，就可以提高系統(tǒng)的頻寬。速度反饋校正在液壓馬達(dá)不動(dòng)時(shí)不起作用，系統(tǒng)的開環(huán)增益等于未加校正時(shí)的的開環(huán)增益Kv。當(dāng)液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)才有反饋信號(hào)，并使系統(tǒng)開環(huán)增益大幅度降低，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，液壓馬達(dá)不動(dòng)時(shí)的開環(huán)增益Kv可以取得很高，通常取Kv=4000～50001/s，使系統(tǒng)具有很高的靜態(tài)剛度。此外，由于速度反饋回路包圍了功率放大器、伺服閥和液壓馬達(dá)等，而速度反饋回路的開環(huán)增益又比較高，一般為100～2001/s，所以被速度反饋回路包圍的元件的非線性，如死區(qū)、間隙、滯環(huán)以及元件參數(shù)的變化、零漂都將受到抑制。只有加速度反饋校正時(shí)，K1=0。此時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)增益Kv和固有頻率ωh均不變。阻尼比因K2而增加。因此增加K2可以顯著降低諧振峰值。降低諧振峰值降低，既可以提高穩(wěn)定性又可以使幅頻特性曲線上移，從而提高系統(tǒng)的開環(huán)增益和頻寬。而開環(huán)增益的提高又可以提高系統(tǒng)的剛度以及精度。加速反饋提高了系統(tǒng)的阻尼，速度反饋提高了系統(tǒng)的固有頻率，但降低了增益和阻尼。如果同時(shí)采用速度反饋和加速度反饋，通過調(diào)節(jié)前置放大器增益Kd，把系統(tǒng)的增益調(diào)到合適的位置，通過調(diào)整反饋系數(shù)Kfv、Kfa把固有頻率和阻尼比調(diào)到合適的數(shù)值，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)指標(biāo)即可以全面得到改善。設(shè)具有速度和加速度反饋校正的固有頻率與阻尼比分別為ω’h和ξ’h，則有根據(jù)期望的ω’h和ξ’h，可求出K1及K2，進(jìn)而求出Kfv及Kfa。根據(jù)穩(wěn)定裕量要求可確定開環(huán)增益，進(jìn)而確定前置放大器增益。采用壓力反饋和動(dòng)壓反饋校正的目的是：提高系統(tǒng)的阻尼。負(fù)載壓力隨系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)而變化，當(dāng)系統(tǒng)振動(dòng)加劇時(shí)，負(fù)載壓力也增大。如果將負(fù)載壓力加以反饋，使輸入系統(tǒng)的流量減少，則系統(tǒng)的振蕩將減弱，起到了增加系統(tǒng)阻尼的作用。可以采用壓力反饋伺服閥或動(dòng)壓反饋伺服閥實(shí)現(xiàn)壓力反饋和動(dòng)壓反饋。也可以采用液壓機(jī)械網(wǎng)絡(luò)或電反饋實(shí)現(xiàn)壓力反饋和動(dòng)壓反饋。三、壓力反饋與動(dòng)壓反饋校正在圖6-4所示的位置伺服系統(tǒng)中加上壓力反饋后的簡(jiǎn)化方塊圖，如圖6-18所示。圖中用壓差或壓力傳感器測(cè)取液壓馬達(dá)的負(fù)載壓力PL并反饋到功率放大器的輸入端，構(gòu)成壓力反饋。（一）壓力反饋校正壓力反饋回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為位置系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為可以看出，壓力反饋不改變開環(huán)增益和液壓固有頻率，但使阻尼比增加了。壓力反饋校正是通過增加系統(tǒng)的總流量-壓力系數(shù)來提高阻尼的。顯然壓力反饋降低了系統(tǒng)的靜剛度。采用動(dòng)壓反饋校正可以提高系統(tǒng)的阻尼，而又不降低系統(tǒng)的靜剛度。將壓力傳感器的放大器換成微分放大器，就可以構(gòu)成動(dòng)壓反饋，其方塊圖如圖6-19所示。采用壓力反饋或動(dòng)壓反饋提高系統(tǒng)阻尼，同樣受局部反饋回路穩(wěn)定性的限制。當(dāng)過高時(shí)，由于伺服閥等小參數(shù)的影響，局部反饋回路就會(huì)變得不穩(wěn)定。（二）動(dòng)壓反饋校正電液速度控制系統(tǒng)按控制方式可分為：閥控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)和泵控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)。閥控馬達(dá)系統(tǒng)一般用于小功率系統(tǒng)，而泵控馬達(dá)系統(tǒng)一般用于大功率系統(tǒng)。電液速度控制系統(tǒng)常用于原動(dòng)機(jī)調(diào)速、機(jī)床進(jìn)給裝置的速度控制以及雷達(dá)天線、炮塔、轉(zhuǎn)臺(tái)等裝備的速度控制。在電液位置伺服系統(tǒng)中也經(jīng)常采用速度局部反饋回路來提高系統(tǒng)的剛度和減小伺服閥等參數(shù)變化的影響，提高系統(tǒng)的精度?！?-4電液速度控制系統(tǒng)在圖6-20是用伺服閥控制液壓馬達(dá)的電液速度控制系統(tǒng)。如果忽略伺服放大器和伺服閥的動(dòng)態(tài)，并假定負(fù)載為簡(jiǎn)單的慣性負(fù)載，則系統(tǒng)的方塊圖如圖6-21所示。一、閥控馬達(dá)速度控制系統(tǒng)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)開環(huán)伯德圖如圖6-22所示。在穿越頻率ωc處的斜率為-40dB/10oct，因此系統(tǒng)相位裕量很小，特別是在阻尼比較小時(shí)更是如此。此系統(tǒng)雖屬穩(wěn)定，但是在簡(jiǎn)化的情況下地出的。如果在ωc和ωh之間有其它被忽略的環(huán)節(jié)，這時(shí)穿越頻率處的斜率將變?yōu)?60dB/10oct或-80dB/10oct，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。因此系統(tǒng)必須加校正才能穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)校正的最簡(jiǎn)單方法是在伺幅閥前電子放大器電路中串接一個(gè)RC滯后網(wǎng)絡(luò)，見圖6-23，其傳遞函數(shù)為校正后的系統(tǒng)方塊圖和開環(huán)伯德圖如圖6-24和圖6-25所示。穿越頻率處的斜率為-40dB/10oct，有足夠的相位裕量。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，諧振峰值不應(yīng)超過0分貝線，為此應(yīng)滿足下式由圖6-25的幾何關(guān)系可求出滯后網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)為圖6-24和圖6-25這類電液速度控制系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性是由動(dòng)力元件參數(shù)ωh、ξh和K0決定的。ωh和ξh一定時(shí)，可根據(jù)前面的穩(wěn)定性條件確定穿越頻率ωc，根據(jù)誤差要求確定開環(huán)增益K0，最后根據(jù)前面的公式確定校正環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)Tc

，再根據(jù)Tc確定R和C。由圖6-25看出，校正后回路的穿越頻率比未校正前要低得多。但是為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不得不犧牲響應(yīng)速度和精度。采用RC滯后網(wǎng)絡(luò)校正的系統(tǒng)仍然是0型有差系統(tǒng)。為了提高精度可采用積分放大器校正，是系統(tǒng)變成Ⅰ型無差系統(tǒng)。圖6-24和圖6-25泵控馬達(dá)速度控制系統(tǒng)有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。（一）泵控開環(huán)速度控制系統(tǒng)如圖6-26所示，變量泵的斜盤角由比例放大器、伺服閥、液壓缸和位置傳感器組成的位置回路控制。通過改變變量泵斜盤角來控制供給液壓馬達(dá)的流量，并以此調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。這種控制系統(tǒng)由于是開環(huán)控制，所以受負(fù)載和溫度變化的影響較大，控制精度較低。二、泵控馬達(dá)速度控制系統(tǒng)如圖6-27所示，它是在開環(huán)速度控制的基礎(chǔ)上，增加速度傳感器將液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用積分放大器是為了構(gòu)成Ⅰ型無差系統(tǒng)。通常，由于變量伺服機(jī)構(gòu)的慣性很小，液壓缸-負(fù)載的固有頻率很高，閥控液壓缸可以看成積分環(huán)節(jié)，變量伺服機(jī)構(gòu)基本可以看成比例環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性主要由泵控液壓馬達(dá)的動(dòng)態(tài)所決定。（二）帶位置環(huán)的泵控閉環(huán)速度控制系統(tǒng)如果將圖6-27中的變量伺服機(jī)構(gòu)的位置反饋去掉，并將積分放大器改為比例放大器，可得到圖6-28所示的閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。因?yàn)樽兞繖C(jī)構(gòu)中的液壓缸本身含有積分環(huán)節(jié)，所以放大器應(yīng)采用比例放大器，系統(tǒng)仍為Ⅰ型無差系統(tǒng)。由于積分環(huán)節(jié)是在伺服閥和變量泵斜盤力的后面，所以伺服閥零漂和斜盤力等引起的靜差仍然存在。變量機(jī)構(gòu)開環(huán)控制，抗干擾能力差，易受零漂和摩擦等的影響。（三）不帶位置環(huán)的泵控閉環(huán)速度控制系統(tǒng)設(shè)閥控速度控制系統(tǒng)的原理圖和方塊圖如圖6-29所示。三、速度控制系統(tǒng)計(jì)算舉例系統(tǒng)的開環(huán)增益為K0=0.05×3060×10-6×1.25×106×3×1.75=100

即K0=40dB。系統(tǒng)的開環(huán)伯德圖如圖6-30所示。系統(tǒng)穩(wěn)定裕量為負(fù)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，采用圖6-31所示的積分放大器進(jìn)行校正。積分放大器的傳遞函數(shù)為

Gc(s)=1/TsT—積分時(shí)間常數(shù)，T=RC。取T=20，則

Gc(s)=0.05/s圖6-30加校正后的系統(tǒng)方塊圖和開環(huán)伯德圖如圖6-32和圖6-33所示。此時(shí)系統(tǒng)的穿越頻率為ωc=100rad/s，相位裕量為70°左右。以力為被控量的液壓伺服控制系統(tǒng)稱為液壓力控制系統(tǒng)。在工程上，力控制系統(tǒng)應(yīng)用很多，如材料試驗(yàn)機(jī)、結(jié)構(gòu)物疲勞試驗(yàn)機(jī)、扎機(jī)張力控制系統(tǒng)、車輪剎車裝置等都采用電液力控制系統(tǒng)?！?-5電液力控制系統(tǒng)電液力控制系統(tǒng)主要由伺服放大器、電液伺服閥、液壓缸和力傳感器的組成，如圖6-34所示。一、系統(tǒng)組成及工作原理偏差電壓信號(hào)為二、基本方程與開環(huán)傳遞函數(shù)力傳感器方程為伺服放大器輸出電流（忽略動(dòng)態(tài)）為伺服閥傳遞函數(shù)可表示為假定負(fù)載為質(zhì)量、彈簧和阻尼，則閥控液壓缸的動(dòng)態(tài)可用下列三個(gè)方程描述力控制系統(tǒng)方塊圖如圖6-35所示。圖中Kce=Kc+Ctp。閥芯位移Xv至液壓缸輸出力Fg的傳遞函數(shù)為負(fù)載的阻尼系數(shù)Bp通常很小，忽略不計(jì)，上式可簡(jiǎn)化為如果滿足下列條件傳遞函數(shù)可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為方塊圖6-35可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為圖6-36。由方塊圖6-36可得系統(tǒng)的開環(huán)函數(shù)為由于伺服閥的固有頻率遠(yuǎn)大于ωm和ω0，可將其看成比例環(huán)節(jié)，則系統(tǒng)開環(huán)伯德圖如圖6-37所示。兩種特殊情況：1）K>>Kh時(shí)，ωr≈KceKh/Ap2，ω0≈ωh=(K/mt)1/2。二階振蕩環(huán)節(jié)與二階微分環(huán)節(jié)近似對(duì)消，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性主要由液體壓縮形成的慣性環(huán)節(jié)所決定。2）K<<Kh時(shí)，ωr≈KceK/Ap2，ω0≈ωh=(Kh/mt)1/2>>ωm=(K/mt)1/2。隨著K降低，ωr、ωm

、ω0都要降低，但ωr和ωm降低要多，使ωm和ω0之間的距離增大，ω0處的諧振峰值抬高。三、系統(tǒng)特性分析Gsv(s)

=1時(shí)，由系統(tǒng)傳遞函數(shù)可知，系統(tǒng)的最大相位滯后為90°，因此只