第 6 章 電液速度控制系統(tǒng)

第6章電液速度控制系統(tǒng)主要介紹速度控制系統(tǒng)的構(gòu)成及控制方式，電液速度控制的特性分析及校正，要求熟練掌握速度控制的特性分析及其校正方法等速度控制回路6.1電液速度控制系統(tǒng)的構(gòu)成及控制方式液壓速度控制系統(tǒng)通常有液壓缸輸出速度控制系統(tǒng)和液壓馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)兩種液壓馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)分為：閥控液壓馬達速度控制系統(tǒng)、泵控液壓馬達開環(huán)速度控制系統(tǒng)、泵控液壓馬達閉環(huán)速度控制系統(tǒng)、位置開環(huán)泵控液壓馬達閉環(huán)速度控制系統(tǒng)1、閥控液壓馬達速度控制系統(tǒng)閥控液壓馬達速度控制系統(tǒng)2、泵控液壓馬達開環(huán)速度控制系統(tǒng)3、泵控液壓馬達閉環(huán)速度控制系統(tǒng)4、位置開環(huán)泵控液壓馬達閉環(huán)速度控制系統(tǒng)6.2電液速度控制系統(tǒng)的分析6.2.1速度控制系統(tǒng)的方塊圖及傳遞函數(shù)在這里以閥控液壓馬達為例展開討論，假定系統(tǒng)只有慣性負載，而彈性負載、粘性負載均為零馬達軸的轉(zhuǎn)角速度對閥位移的傳遞函數(shù)為：忽略伺服閥、伺服放大器等電器元件的動態(tài)時，閥控液壓馬達速度控制系統(tǒng)方塊圖。開環(huán)傳遞函數(shù)為速度系統(tǒng)開環(huán)增益

閉環(huán)傳遞函數(shù)為6.2.2速度控制系統(tǒng)的分析由開環(huán)傳遞函數(shù)可知，該系統(tǒng)為零型有差系統(tǒng)，輸出速度偏差隨速度的增大而增大，這說明不能由位置系統(tǒng)簡單地用速度反饋來實現(xiàn)速度控制，這不但存在速度偏差的問題，還可能使系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定或穩(wěn)定裕量較小。6.2.3.速度控制系統(tǒng)的校正1、無源網(wǎng)絡(luò)校正最簡單的校正方法是在伺服閥前面加入一個RC滯后無源網(wǎng)絡(luò)，其工作原理圖如圖傳遞函數(shù)為則經(jīng)過RC無源網(wǎng)絡(luò)校正后的速度控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為若速度控制系統(tǒng)所需的剪切頻率

已知，則有：設(shè)液壓速度控制系統(tǒng)，其特征參數(shù)

，

，

。所需的剪切頻率為

，試確定RC無源網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)

或轉(zhuǎn)折頻率

，并求該速度控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性及階躍響應(yīng)曲線。解：根據(jù)所需的剪切頻率

及速度開環(huán)增益

，可得：速度控制系統(tǒng)通過RC無源網(wǎng)絡(luò)校正后的開環(huán)頻率傳遞函數(shù)為設(shè)液壓速度控制系統(tǒng)，其特征參數(shù)

，

，

。所需的剪切頻率為

，試確定RC無源網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)

或轉(zhuǎn)折頻率

，并求該速度控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性及階躍響應(yīng)曲線。解：根據(jù)所需的剪切頻率

及速度開環(huán)增益

，可得：速度控制系統(tǒng)通過RC無源網(wǎng)絡(luò)校正后的開環(huán)頻率傳遞函數(shù)為設(shè)液壓速度控制系統(tǒng)，其特征參數(shù)

，

，

。所需的剪切頻率為

，試確定RC無源網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)

或轉(zhuǎn)折頻率

，并求該速度控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性及階躍響應(yīng)曲線。解：根據(jù)所需的剪切頻率

及速度開環(huán)增益

，可得：速度控制系統(tǒng)通過RC無源網(wǎng)絡(luò)校正后的開環(huán)頻率傳遞函數(shù)為設(shè)液壓速度控制系統(tǒng)，其特征參數(shù)

，

，

。所需的剪切頻率為

，試確定RC無源網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)

或轉(zhuǎn)折頻率

，并求該速度控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性及階躍響應(yīng)曲線。解：根據(jù)所需的剪切頻率

及速度開環(huán)增益

，可得：速度控制系統(tǒng)通過RC無源網(wǎng)絡(luò)校正后的開環(huán)頻率傳遞函數(shù)為設(shè)液壓速度控制系統(tǒng)，其特征參數(shù)

，

，

。所需的剪切頻率為

，試確定RC無源網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)

或轉(zhuǎn)折頻率

，并求該速度控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性及階躍響應(yīng)曲線。解：根據(jù)所需的剪切頻率

及速度開環(huán)增益

，可得：速度控制系統(tǒng)通過RC無源網(wǎng)絡(luò)校正后的開環(huán)頻率傳遞函數(shù)為該速度控制系統(tǒng)的SIMULINK仿真模型2、有源網(wǎng)絡(luò)校正有源校正網(wǎng)絡(luò)，它由高增益、高輸入阻抗、寬頻帶的直流放大器與外加輸入阻抗和反饋阻抗構(gòu)成。其輸入輸出之間的傳遞函數(shù)為積分常數(shù)：通過積分放大器校正后的速度控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為根據(jù)傳遞函數(shù)的頻率特性，可知

，即積分放大器的時間常數(shù)為設(shè)液壓速度控制系統(tǒng)，其特征參數(shù)

，

，

。所需的剪切頻率為

，試確定試確定積分放大器時間常數(shù)

，并給出速度控制系統(tǒng)通過有源網(wǎng)絡(luò)積分放大器校正后的開環(huán)頻率特性及階躍響應(yīng)曲線。解：根據(jù)希望的剪切頻率

可求得積分常數(shù)通過積分校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為6.3電液速度控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計舉例例6.3設(shè)電液速度控制系統(tǒng)，試分析該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并通過加入積分校正使系統(tǒng)具有剪切頻率

解：SIMULINK仿真模型如下圖所示為使系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度，采用積分放大器代替原來的比例放大器，根據(jù)系統(tǒng)快速性的要求，取剪切頻率則可求得積分常數(shù)例6.4具有彈性負載的液壓速度控制系統(tǒng)，如果忽略伺服放大器、伺服閥、位置傳感器的動態(tài)，可用下圖所示的方塊圖描述。試分析該系統(tǒng)當

、

、

、

時的動態(tài)特性，并加入適當?shù)男Ｕb置，使系統(tǒng)能穩(wěn)定正常地工作并要求其穩(wěn)態(tài)誤差為零。解：其開環(huán)傳遞函數(shù)為可畫出當

時的SIMULINK仿真模型系統(tǒng)階躍響應(yīng)隨時間的加大很快衰減為零，系統(tǒng)不能正常工作。為使系統(tǒng)能穩(wěn)定正常地工作，可以在伺服閥前加入兩個積分放大器進行校正，加入積分校正后的速度控制系統(tǒng)的仿真模型例6.5設(shè)有閥控液壓馬達速度控制系統(tǒng)，其工作原理圖如圖所示。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為；負載轉(zhuǎn)動慣量

，最大負載扭矩

，馬達轉(zhuǎn)速范圍為

，供油壓力為

，速度傳感器系數(shù)

，試設(shè)計該速度控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)跟蹤誤差小于，系統(tǒng)過渡過程時間

。

解：取最大負載壓力為馬達排量為選取已有的馬達，其排量為伺服閥流量為閥壓降選擇QDY1_C63型伺服閥，該閥額定電流為0.03A，當供油壓力

時，其空載流量為

，閥的固有頻率為340rad/s

，阻尼比為0.7。伺服閥增益為伺服閥的傳遞函數(shù)為設(shè)有效容積為則閥控液壓馬達動力機構(gòu)固有頻率為則閥控液壓馬達動力機構(gòu)傳遞函數(shù)為積分放大器的傳遞函數(shù)為于是可得該速度控制系統(tǒng)方塊圖例6.6設(shè)有泵控液壓馬達速度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)給定參數(shù)為負載轉(zhuǎn)動慣量

，轉(zhuǎn)速范圍

，最大負載扭矩

，供油壓力

。系統(tǒng)精度要求轉(zhuǎn)速偏差±1%，上升時間

。解：1、馬達的確定取最大負載壓力則馬達排量為選擇BM3-63擺線馬達，其參數(shù)如下：2、液壓泵的確定選取ZBY-75液控變量泵，其主要參數(shù)為其主要參數(shù)為：排量供油壓力液控時間液控壓力控制油缸直徑行程面積3、控制液壓泵伺服閥的確定設(shè)液壓泵流量從零到最大流量之間所用的時間為0.9sec，則所需調(diào)整的最大流量為取供油壓力為則閥壓降為選QDY2－D16伺服閥，其參數(shù)為額定電流為0.01A

，額定壓力為13.7Mpa

，空載流量為

，則實際空載流量為4、泵斜盤角位置控制系統(tǒng)方塊圖