液壓伺服系統(tǒng)課程課件二

第四章機液伺服系統(tǒng)P664.1機液位置伺服系統(tǒng)4.2結構柔度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響4.3液壓校正與動壓反饋4.4機液扭矩放大器1液壓動力元件是一個開環(huán)控制系統(tǒng)。

4.1機液位置伺服系統(tǒng)如果將液壓執(zhí)行元件的輸出位移反饋到放大元件的輸入位移，就可構成閉環(huán)機液位置控制系統(tǒng)。閉環(huán)機液位置控制系統(tǒng)主要用于輸出功率不大于10kW的場合：小型飛機的舵面、火炮瞄準機構、車輛轉向、仿型機床等控制場合。P662bxipSxp3MLApa（一）工作原理3bxipSxp3MLApaxixv1

4bxipSxp3ApaML5xixv1

xvxv2

xpba(4-1)(4-2)6+BKqAp-+-xixpxvaa+bba+bFLKiKf圖4-27(4-3)8(二)穩(wěn)定性分析用Routh判據判別穩(wěn)定最為方便。閉環(huán)特征式為由Routh判據得系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為(4-6)94.2結構柔度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響101112131415161718192021224.3繭液壓校吼正與動壓脆反饋設計控制轉系統(tǒng)的主假要問題是貿設法滿足住系統(tǒng)的動序態(tài)和靜態(tài)紀要求。為了提艙高靜態(tài)眨精度，孫希望系螺統(tǒng)的增勵益高，輔但高增紙益的系岸統(tǒng)又不效易穩(wěn)定鋸。如果攪既要有威高增益什而又?；耐ＷC上穩(wěn)定，鐮須在模計型中添蝦加一些撥其它環(huán)田節(jié)，為蜜此目的斃而在系卸統(tǒng)中添敘加的元鏈件就是蠟校正元蠶件。234.3奏液壓校禽正與動壓藝反饋4.3稍.1優(yōu)基本菊液壓校返正元件4.3潑.2醉液壓杰超前校陷正4.3.輩3液礙壓滯后校午正4.3.勤4反取饋校正4.3.晉5靜械壓反饋校生正4.3玻.6蟲動壓稿反饋校掃正24校正元濃件一般炎都用電別子元件奮。因電子尖元件的略信號的甚傳輸、敬運算都偶較簡單陷、成熟費，且使殼用方便乘、可靠員、精度且高。在電液嘴控制系樹統(tǒng)中廣弱泛應用賢電校正強，但是港在機液愛系統(tǒng)中傲本來就猜沒有電盛元件，鞏若要采舞用電校嫂正反而扒不方便騙，也有埋采用非齡電校正豎方式的盲。如機棚械的、沒氣功的津或液壓林的校正預元件。由于液壤壓系統(tǒng)澆中本來濾就有液稿壓能源湊，再附薦加一些痕液壓元況件作校車正是很蕩方便的筒。不過箭，機械旬元件都撲是有慣速性的，史時間常訓數大于姨電校正跡元件。254.3穴.1碎基本液曬壓校正雹元件校正元件階主要由耗嘉能、儲能腐和放大等近元件組成峽。26(一)呈儲休能元件最簡單可雷靠的機械穗儲能元件挨就是彈簧頂。它受力疑變形儲存萬能量，力億撤消后復形元而放出陣能量。另四外，機械字彈簧還是雕力-位移倉轉換元件姑，其線性望好，工作饒可靠。27(二)短放大元洞件閥缸組合潮就是最簡飽單的放大自元件。作為校己正元件含，它所視需要的份功事必況然遠小君于系統(tǒng)鴿負載運煙動時的婦功率，就也就是動作校正烏元件用關的小液藍壓缸必伸然遠小北于作執(zhí)桑行元件匹用的液啦壓缸。因此，附小液壓但缸的質疼量可忽潛略不計嶺。這樣食，閥控閘缸的傳俯遞函數程式(3鍋-18堪)中，落因h很高而略周去振蕩環(huán)冠節(jié)，就成活為式中:Kq——閥恥的流量俘增益，Ap——小液妻壓缸的活遵塞面積。由此可見菠，用閥-塔缸組成的欺元件，不住僅是放大損元件，而剖且還是一澡個積分元練件。28(三)咐耗能元云件——池阻尼器流量通過奔節(jié)流口，詢就消耗能辨量。所以曠用小液壓肚缸及節(jié)流痕器就組成旅液壓阻尼惡器。如圖5.神1(a)固，在活塞低運動過程胖中，活塞弄一側的液破體將通過交節(jié)流孔流樸入另一側兼，流量通屠過節(jié)流孔洗而產生壓案力降p，p=p1p2，p作用在嬸活塞面全積A上就形囑成阻滯鋪活塞運乏動的阻直尼力。圖5.1朵阻尼器結系構原理圖(a)頃內阻尼搶器xp2p129(三)耗億能元件—旱—阻尼器流量通忙過節(jié)流僚口，就磚消耗能恰量。所臂以用小琴液壓缸催及節(jié)流言器就組淘成液壓蠻阻尼器瘋。圖5.知1(b酷)中的淺節(jié)流孔晉安置在災缸外油斬路中，船稱外阻伏尼器，工其工作撒原理與康活塞上伴開節(jié)流治孔的內侄阻尼器雪完全一央樣。圖5.1文阻尼器結郊構原理圖(b)刮外阻尼筑器xp2p130令阻尼活蝕塞的位移蕩為x，阻尼談活塞的球面為A，通過動節(jié)流小通孔的流港量為Q，略去活催塞徑向間冠隙中的泄肌漏，就有式中p1——阻汗尼活塞還運動前棕方油腔何壓力；p2——阻尼粘活塞運動身背面油腔郊壓力；Re——雷諾左數，Re=vd/，其中挺，=/，為液體動力蓄粘度，液體運動脈粘度，為液體密廁度；——液助體重度驚，=g。取節(jié)流滾小孔的胡直徑為d，長度鎖為l，液體流任過小孔時慣的平均流估速為v，節(jié)流小騰孔層流沿順程阻力損洲失的計算糟式為(5-2伍)31因為所以式中，R——節(jié)流淹小孔液阻戚，計算式匪為活塞運勿動時的嫂阻尼力F為(5-4休)(5-5財)(5-裙6)式中B為阻尼器涉的阻尼系懼數，計算訊式為32圖5.遇1所示喇是阻尼煙器原理童圖，液貫壓缸兩足側充滿布油液而老沒有泄響漏。實結際中必論然有泄泉漏，因員此必須湖為阻尼咸缸充油已。如圖5猛.2所狠示，阻遮尼缸可絲式接通高秀壓能源忙，也可呢接通回濤油油路匆。圖5.2稠有源阻尼慢器原理圖a)接鋪能源，寫b)接索油箱xp2p1xp2p1ps33圖5.3解所示為液染壓超前校聞正元件的削結構原理最圖。它由阻閘尼器及綿彈簧組買成。輸炎入信號xi加在阻妻尼活塞渠上，在掏阻尼缸頑體上取描出輸出兼信號xo。圖5.3尼液壓超懶前校正元立件xokxiB4.3.弊2爪液壓超前醫(yī)校正34阻尼系數B，力方杰程為經過整甚理，可乞得(5-箱8)時間常蟲數(5-9賽)如果時顫間常數懲很小，淋慣性環(huán)沿節(jié)項可危略去，酷則(5面-8)挖可近似爛為純微兵分環(huán)節(jié)魂。354.3訓.3著液壓趣滯后校泊正圖5.4液壓滯后校正元件xokxiBba36圖5.4液壓滯后校正元件xokxiB根據力線平衡方頁程經整理徐，上式舌可寫為(5-畜10)時間常賴數(5-1脊1)由式(5協(xié)-10)燦可見，這宜是慣性環(huán)杰節(jié)。即圖烤5.4所程示元件為釘慣性元件劃，也就是狀滯后元件猛。37圖5.奸5所示辦是一個侍外反饋醬機液伺沃服系統(tǒng)皮。系統(tǒng)恩中無電瞞元件存距在，無瓦法使用兄電校正泊。采用終在主控侮信號的瘋前向通欠道中串且接液壓季校正元賤件，液廚壓校正嘩元件的航輸入量圈是位移y，輸出頃量是閥瓶芯位移xv。液壓校斥正元件友的力方襯程為整理后38由式(5破-12)櫻可見，圖寫5.5所啞示元件為然慣性加微醫(yī)分。由于>1，慣易性環(huán)節(jié)的心轉折頻率撓低而微分介環(huán)節(jié)的轉桐折頻率高胖，從而低身頻段滯后瓜，高頻段起又超前。(5-瞧12)(5-消13)(5-1煩4)39-+xixpyba+baa+b+xixpxvaa+bKq/Ap圖5.6斯液壓分滯后校正箭的機液伺拳服系統(tǒng)方腐塊圖合理選用霸校正元件陽的時間常你數T，系數，并使(肢1/T)<c，就可使應校正后的臉系統(tǒng)在低封頻時有較險大的增益托，從而提練高了系統(tǒng)喊精度，又衡不影響穩(wěn)輝定性及系閥統(tǒng)的頻寬豎。4020l股g|G妙|院dB0/秒(招s－1)1-20贈dB/劣dec-20d蒼B/de胖c圖5.群7系愚統(tǒng)開環(huán)烘波德圖4120lg集|G|毯dB0/秒(豈s－1)1-20姓dB/艘dec-20杯dB/蠻dec圖5.7臘系統(tǒng)開腫環(huán)波德圖42校正元往件，既義可以串秤聯在前嶺向通路活中(如夢圖5.辟5所示峽)，也蒜可以加屢在反饋地回路中糕，即并令聯校正氧。4.3.壟4反選饋校正圖5.8妨所示的結氏構是在外馬反饋機液朝伺服系統(tǒng)她的反饋回掀路中設置平了簡單的飾滯后校正演元件。43根據圖5孩.4及式趨(5-1拔0)，可勢知這種液灘壓校正元銜件的傳遞泄函數為由于閥控溉缸的傳遞返函數式(促3.18鑰)早已求響得，再根亭據圖5.限8(a)奮的結構原緣瑞理圖，就嗚可以直接換畫出這種干系統(tǒng)的方宰塊圖如圖伸5.8(庫b)，由敵圖可見，黎在反饋回瓜路中有一喊個慣性環(huán)腸節(jié)。44BkxpMpSyabxvxi圖5.嘉8反塞饋回路搜中有液改壓滯后和校正元抱件(a)結張構原理圖Rece駝nt45-+xixpba+bxixpxvaa+bKq/Ap圖5.8非反饋回述路中有液堤壓滯后校特正元件(b)框磨圖464.3炎.5嘗靜壓道反饋校吼正在第三章坦中討論各悅種液壓動頂力元件時貞，已經知院道液壓系錦統(tǒng)本身的粘阻尼系數嘩比較小，傭容易出現應欠阻尼而筋使系統(tǒng)不佩穩(wěn)定。為串了使系統(tǒng)著穩(wěn)定，可志以用故意勢增加能耗冰和降低剛牲度的辦法勝，使漏損器加大和Kc提高。實際踐證明這器個辦法也收確實有效濟。如果既輝希望增加閣阻尼而又跑不希望增頁大能耗及紙降低剛度跡，可采用唉壓力反饋儉校正。47現在，鄉(xiāng)豐仍以第戒三章中盼著重討帆論過的磨四通閥弦控缸為拾例來說羅明。為露簡單起波見，假廢設沒有膨彈性負矛載。根倚據基本子方程(回3-2恥)、(史3-8袋)及(腔3-9戚)式，醋可直接銹畫出閥患控缸方罰塊圖于坡圖5.照9(a喇)。若融取Kce=Kc+Ctp，令時挺間常數T1及T2為(5-1共5)(5-脅16)再通過登方塊圖沒結構變襯換，圖擠5.9窯(a)撇可以畫帆成圖5巾.9(村b)。48已知閥缸獄系統(tǒng)的液域壓固有頻博率h及阻尼巾系數h為(3-稅14)(3-1緣瑞5)圖5.趟9四通識閥控缸爆系統(tǒng)加絹靜壓反夢饋(a)分四通閥猶控缸系緣瑞統(tǒng)方塊礦圖；(主b)方購塊圖變娘換；(摔c)增銷加靜壓籮反饋后望的方塊授圖；(d)有賣靜壓反饋僵后的系統(tǒng)鹽方塊圖變樂換；(e醋)有靜壓廉反饋的系玩統(tǒng)方塊圖叉變換49(a)Kq-+++xvxpQLFLMts2+Bps+KcKq-++xvxpQLFL+pLpL(b)50增大Kce，可以扎增大h，從而貿使系統(tǒng)泛易于穩(wěn)挪定。為此，可或以在圖5炒.9(b請)中的Kce(T1s+1)眼環(huán)節(jié)旁臂并聯二篩個壓力命負反饋朋的比例陜環(huán)節(jié)K1，如圖5遭.9(c劇)所示，儲將靜壓力pL反饋回去淹。圖5.含9(c)位經過結構靜變換可畫堂成圖5.際9(d)帽。比較圖床5.9(娃b)與5叮.9(d則)可見，史增加了壓燃力負反饋獅環(huán)節(jié)K1后，使情原來的Kce項變成沿(Kce+K1)項。令攀增加了壓筍力反饋后迅的阻尼系旱數為’h，并與末無壓力朽反饋的吧阻尼系待數h(3-1泊5)式對緊比，可知51(5-1備7)阻尼系吊數為’h>h，有利于攜穩(wěn)定。增距加K1有利于穩(wěn)映定的結論票是在方塊侍圖上處分銹析得到的品。環(huán)節(jié)K1的機能桿是把轉唯化為流罰量，在漠實際結沫構中不斜容易設小計出能校將壓力巾轉換為卡流量的鐮具體裝雹置。如果將圖蔑5.9(飄c)變換鐘成圖5.摘9(e)您，即將壓打力pL通過比例同環(huán)節(jié)K1/Kq轉換為鵲位移量xf。這種米把壓力奏轉化為競位移的技裝置是船不難實傲現的。52增加壓力壞反饋后對妥系統(tǒng)的液媽壓固有頻廣率h無影響有。因為樓總壓力鼠流量系蔥數與動高力元件勺剛度成吳反比，堂見(3輝-24勞)式，灰增加壓觸力反饋壘后使Kce項變成賣(Kce+K1)項，桶因而剛繪度下降引，系統(tǒng)樂的抗干昂擾能力津下降，抹這是靜勇壓反饋澇校正的李不足之助處。534.3孤.6北動壓反槍饋校正如前所烈述，在隊系統(tǒng)中坦加入靜眾壓反饋繳后，穩(wěn)模定性改戚善而剛陜度下降無。穩(wěn)定咽性是動招態(tài)指標壇，當系遞統(tǒng)已經衡穩(wěn)定，潑阻尼系為數的大仰小也就呀沒有什陶么意義騎了，剛習度主要越是穩(wěn)態(tài)奔指標，爬在干擾唐力的作罪用下，化系統(tǒng)的直穩(wěn)態(tài)誤封差小，暴就是剛法度好；濤瞬態(tài)時姻，剛度外大點或化小點關軟系不大吵。所以鹿，希望沉瞬態(tài)時叼具有壓欲力反饋濤以提高武阻尼系桑數，雖日剛度有東所降低窗但關系晃不大。愚穩(wěn)態(tài)時效用不著狡提高阻閃尼系數破，不需診要壓力縣反饋，猾剛度也笨不致降漫低。這總樣，可汁將靜壓暗反饋改知為動壓蹈反饋，扒亦即將軋壓力的娘變化率潤反饋回險去。瞬旗態(tài)時，幻玉壓力的鋪變化大降，反饋踢作用大配；穩(wěn)態(tài)見時，變物化率為故零，即襪沒有反態(tài)饋。54圖5.9鄭(c)中袋所加的靜路壓反饋元屬件幾乎是森一個比例顛環(huán)節(jié)。如浙果將此反鉗饋元件改芹為能反映桿壓力瞬變惡情況的微材分元件，里就是動壓揚反饋了。傳一般所用焰動態(tài)反饋徹元件的傳頌遞函數為Ts/(Ts+1)靜。將圖好5.9員(e)繡中的靜冠壓反饋隙元件K1/Kq改為如圖墨5.10凱(a)所獸示的動壓妖反饋元件守；其數學跟模型為式中xf——動壓饑反饋元件奏的輸出位誤移；K1——動起壓反饋鋪元件的許比例常百數；T3——動市壓反饋短元件的品時間常予數。(5-1漲8)55結構變鍬換后，冬圖5.浙10(造a)即彈成圖5鞠.10湖(b)誕，比較際圖5.盯9(b睜)和5疏.10螞(b)憤，可以啞看到影軋響靜態(tài)從剛度的心因素都灣是Kce，就是說漿加了動態(tài)看壓力反饋靜后的剛度握與未加壓撲力反饋的難剛度是一慣樣的。再看圖5猶.10(臥b)的閉巖環(huán)特征式籮。為分析它簡便，取寇動壓反饋延元件的時快間常數T3≈T2，略去KceBp/Ap2項，取前晌向傳遞函天數為G及反饋傳俊遞函數為H，則閉浴環(huán)特征無式為56再看圖匪5.