電液伺服控制系統(tǒng)課件

1概述電液伺服控制系統(tǒng)是以電液伺服閥（或伺服變量泵）作為電液轉換和放大元件實現(xiàn)某種控制規(guī)律的系統(tǒng)，它的輸出信號能跟隨輸入信號快速變化。其綜合了電氣、電子、液壓多方面的特長，具有控制精度高、響應速度快，輸出功率大、信號處理靈活、易于實現(xiàn)各種參量的反饋等優(yōu)點。2電液伺服控制系統(tǒng)的類型與性能評價指標

一、電液伺服控制系統(tǒng)的類型位置控制速度控制力（壓力）控制被控物理量閥控（節(jié)流控制）泵控（容積控制）控制元件類型大功率中小功率輸出功率量級模擬伺服系統(tǒng)數字伺服系統(tǒng)信號型式3電液伺服控制系統(tǒng)的類型與性能評價指標

二、電液伺服控制系統(tǒng)的性能評價指標1、靜態(tài)特性指標最大的輸出力（或力矩）最大的輸出位移、速度、加速度和最大功耗等最大摩擦力、死區(qū)、間隙，以保證系統(tǒng)的線性度具有良好的密封性能對系統(tǒng)工作環(huán)境、工作介質、使用壽命、重量和外形尺寸等要求4電液伺服控制系統(tǒng)的類型與性能評價指標

二、電液伺服控制系統(tǒng)的性能評價指標2、動態(tài)特性指標（1）時域性能指標

超調量

調節(jié)時間峰值時間衰減比振蕩次數5電液伺服控制系統(tǒng)的類型與性能評價指標

二、電液伺服控制系統(tǒng)的性能評價指標2、動態(tài)特性指標（2）頻域性能指標幅值穩(wěn)定裕度；相位穩(wěn)定裕度；諧振峰值；幅頻寬；相頻寬開環(huán)對數幅頻、相頻特性閉環(huán)對數幅頻、相頻特性6電液伺服控制系統(tǒng)的類型與性能評價指標

二、電液伺服控制系統(tǒng)的性能評價指標3、準確性指標（1）穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)本身的結構、輸入信號的形式有關，它是系統(tǒng)控制精度（即準確性）的一種度量。（2）動態(tài)誤差系數動態(tài)誤差系數是用來完整描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差隨時間變化的規(guī)律；對控制過程很短、控制精度要求很高的系統(tǒng)，準確性指標采用動態(tài)誤差系數來描述誤差發(fā)生過程較好。7電液伺服控制系統(tǒng)的類型與性能評價指標

二、電液伺服控制系統(tǒng)的性能評價指標4、綜合性能指標在最優(yōu)控制系統(tǒng)設計時，經常使用綜合性能指標來評價一個控制系統(tǒng)。8電液位置伺服系統(tǒng)

電液位置伺服系統(tǒng)是最基本和最常用的一種液壓伺服系統(tǒng)，其輸入是電信號，輸出是機械位移信號，常用在機床工作臺的位置控制、板帶軋機的板厚控制、飛機和船舶的舵機控制等方面。電液位置伺服系統(tǒng)分閥控電液位置伺服系統(tǒng)和泵控電液位置伺服系統(tǒng)。閥控電液位置伺服系統(tǒng)泵控電液位置伺服系統(tǒng)9電液位置伺服系統(tǒng)

一、電液位置伺服系統(tǒng)的方框圖與傳遞函數自整角機的輸出電壓：輸入量與輸出量不大的情況下：10電液位置伺服系統(tǒng)

一、電液位置伺服系統(tǒng)的方框圖與傳遞函數相敏放大器增益功率放大器增益11電液位置伺服系統(tǒng)

一、電液位置伺服系統(tǒng)的方框圖與傳遞函數電液伺服閥傳遞函數頻寬與液壓固有頻率相近頻寬大于液壓固有頻率（3~5倍）頻寬大于液壓固有頻率（5~10倍）12電液位置伺服系統(tǒng)

一、電液位置伺服系統(tǒng)的方框圖與傳遞函數閥控液壓馬達動力機構傳遞函數忽略彈性負載，考慮慣性負載和黏性負載情況下13電液位置伺服系統(tǒng)

一、電液位置伺服系統(tǒng)的方框圖與傳遞函數齒輪傳動比14電液位置伺服系統(tǒng)

一、電液位置伺服系統(tǒng)的方框圖與傳遞函數系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數：15電液位置伺服系統(tǒng)

一、電液位置伺服系統(tǒng)的方框圖與傳遞函數通常情況下，電液伺服閥比液壓動力元件響應速度快，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數簡化為：16電液位置伺服系統(tǒng)

二、電液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析根據電液位置伺服系統(tǒng)簡化的開環(huán)傳遞函數，可繪出其相應的開環(huán)波德圖：17電液位置伺服系統(tǒng)

二、電液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析穩(wěn)定判據18電液位置伺服系統(tǒng)

二、電液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析穩(wěn)定裕量系統(tǒng)決定，不易改變影響精度、快速性需要采用措施對系統(tǒng)進行校正，提高系統(tǒng)的阻尼系數。19電液位置伺服系統(tǒng)

三、電液位置伺服系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)閉環(huán)響應特性包括對指令信號和對外負載力矩干擾的閉環(huán)響應兩個方面。設計系統(tǒng)時，通常只考慮對指令信號的響應特性，而對外負載力矩干擾只考慮系統(tǒng)的閉環(huán)剛度。20電液位置伺服系統(tǒng)

三、電液位置伺服系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性分析1、對指令信號輸入的閉環(huán)頻率響應21電液位置伺服系統(tǒng)

三、電液位置伺服系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性分析1、對指令信號輸入的閉環(huán)頻率響應當h、Kv/h較小時，，。

22電液位置伺服系統(tǒng)

三、電液位置伺服系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性分析1、對指令信號輸入的閉環(huán)頻率響應閉環(huán)幅頻特性的幅值比下降至-3dB時的頻率恰好近似于閉環(huán)慣性環(huán)節(jié)的轉折頻率，所以此轉折頻率近似于頻寬。開環(huán)幅頻特性的穿越頻率，所以。因此開環(huán)的穿越頻率實際上也可近似地看成頻寬。23電液位置伺服系統(tǒng)

三、電液位置伺服系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性分析2、對外負載力矩干擾的閉環(huán)頻率響應24電液位置伺服系統(tǒng)

三、電液位置伺服系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性分析2、對外負載力矩干擾的閉環(huán)頻率響應最小閉環(huán)位置剛度閉環(huán)靜態(tài)位置剛度25電液位置伺服系統(tǒng)

四、電液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析穩(wěn)態(tài)誤差是響應結束后系統(tǒng)輸出量的希望值與實際值之差，表示了系統(tǒng)的控制精度，是伺服控制系統(tǒng)的一個重要的性能指標。穩(wěn)態(tài)誤差包括由指令輸入、外負載力（或力矩）等外干擾和系統(tǒng)中的零漂、死區(qū)等內干擾引起的誤差。26電液位置伺服系統(tǒng)

四、電液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析1、指令輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差27電液位置伺服系統(tǒng)

四、電液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析1、指令輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差

階躍信號：代入，得

速度信號：代入，得

加速度信號：代入，得28電液位置伺服系統(tǒng)

四、電液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析2、負載干擾力矩引起的穩(wěn)態(tài)誤差對于恒定外負載力矩TL0，29電液位置伺服系統(tǒng)

四、電液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析3、靜摩擦力、零漂及死區(qū)引起的穩(wěn)態(tài)誤差靜摩擦力矩Tf→一定的負載壓力pL

→流量損失qc→閥芯位移→一定量的輸入電流ΔI1。增加干擾點（靜摩擦力折算成伺服閥零漂）之前元件的增益有利于降低靜差。30電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

當電液位置伺服控制系統(tǒng)的某些性能指標不甚滿意時，簡單的方法可通過增大系統(tǒng)的開環(huán)增益來提高響應速度和控制精度，但提高開環(huán)增益受系統(tǒng)穩(wěn)定性條件的制約，也就是受液壓固有頻率和阻尼比的限制。低阻尼是制約液壓伺服系統(tǒng)性能指標提高的主要原因。要改善液壓伺服系統(tǒng)的性能，比如提高穩(wěn)定性、響應速度和控制精度，就需要用校正方法來提高系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比。常用的提高液壓阻尼比的方法有：增加泄漏損失、速度反饋、加速度反饋、壓力反饋、動壓反饋31電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

一、增加泄漏損失系統(tǒng)的阻尼比與泄漏有很大的關系，如：閥控缸閥控馬達在活塞端面加工一個小阻尼孔；液壓缸兩腔間構成一個節(jié)流旁路通道；采用正開口伺服閥。增加了能量損失，降低了系統(tǒng)效率，降低了靜剛度。32電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、速度與加速度反饋理論分析和工程實踐表明，速度反饋可提高系統(tǒng)的固有頻率，而加速度反饋能增加系統(tǒng)的阻尼比。1、速度反饋校正33電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

一、速度與加速度反饋1、速度反饋校正34電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

一、速度與加速度反饋1、速度反饋校正開環(huán)增益降低開環(huán)固有頻率增加開環(huán)阻尼比減小35電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

一、速度與加速度反饋1、速度反饋校正零漂引起的靜差負載擾動引起的靜差ΔIΔFL36電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

一、速度與加速度反饋2、加速度反饋校正37電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

一、速度與加速度反饋2、加速度反饋校正38電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

一、速度與加速度反饋3、同時引入速度和加速度反饋校正39電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

一、速度與加速度反饋4、說明速度和加速度負反饋校正可以提高系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比，但不可無限制任意調節(jié)；若考慮電液伺服閥、伺服放大器和測量傳感器等環(huán)節(jié)的動態(tài)特性，不簡化為比例環(huán)節(jié)時，系統(tǒng)是高于3階的，為保證穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比都受到限制；進一步分析表明，電液伺服閥等環(huán)節(jié)的頻寬是速度和加速度反饋校正的限制條件。40電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、壓力反饋與動壓反饋校正1、壓力反饋校正負載壓力一般是隨系統(tǒng)動態(tài)變化的，當系統(tǒng)振動加劇時，負載壓力也增大。如果將負載壓力檢測并加以反饋，使輸入系統(tǒng)的流量減少，則系統(tǒng)的振動將減弱，增加系統(tǒng)的阻尼。41電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、壓力反饋與動壓反饋校正1、壓力反饋校正42電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、壓力反饋與動壓反饋校正1、壓力反饋校正壓力反饋使總泄漏系數加大，是提高和產生恒定阻尼的較好的方法。43電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、壓力反饋與動壓反饋校正1、壓力反饋校正44電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、壓力反饋與動壓反饋校正1、壓力反饋校正45電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、壓力反饋與動壓反饋校正1、壓力反饋校正提高了系統(tǒng)的阻尼比和液壓固有頻率，具有較好的穩(wěn)定性，但開環(huán)增益稍有降低，使開環(huán)和閉環(huán)剛度降低。46電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、壓力反饋與動壓反饋校正2、動壓反饋校正可提高阻尼比，液壓固有頻率和系統(tǒng)開環(huán)增益不變，穩(wěn)態(tài)誤差不會增加。47電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、壓力反饋與動壓反饋校正2、動壓反饋校正48電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、壓力反饋與動壓反饋校正2、動壓反饋校正液阻流量蓄能器流量力平衡方程49電液伺服控制系統(tǒng)的性能改善

二、壓力反饋與動壓反饋校正3、說明引入壓力反饋后并不改變數學模型的結構，只是增加了一項附加流量－壓力系數，所起的作用與加大伺服閥和液壓缸的泄漏是等同的，使總的漏損系數有所加大，提高了位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但卻克服了由于增大泄漏引起系統(tǒng)效率降低和受溫度影響的弊?。粔毫Ψ答佇Ｕ岣吡讼到y(tǒng)的阻尼比和液壓固有頻率，能改善系統(tǒng)的動態(tài)品質，使之具有較好的穩(wěn)定性；但開環(huán)增益稍有降低，使開環(huán)和閉環(huán)剛度降低，導致干擾力誤差增加；動壓反饋校正可使系統(tǒng)的阻尼比提高，而液壓固有頻率和系統(tǒng)開環(huán)增益不變，所以系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不會增加。50電液速度伺服系統(tǒng)電液速度伺服系統(tǒng)的輸出量是速度，廣泛地應用于原動機的調速、機床的進給以及雷達天線、炮塔等裝備中以控制其運轉速度。按控制方式可分為閥控和泵控液壓馬達速度伺服系統(tǒng)兩類。51電液速度伺服系統(tǒng)一、閥控液壓馬達速度伺服系統(tǒng)52電液速度伺服系統(tǒng)一、閥控液壓馬達速度伺服系統(tǒng)這是個0型有差系統(tǒng)，對速度階躍輸入存在穩(wěn)態(tài)誤差；在穿越頻率ωc處的斜率為-40dB/10dec，相位裕量γ很?。豢紤]到伺服閥、速度檢測及反饋裝置等都有動態(tài)響應，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。53電液速度伺服系統(tǒng)一、閥控液壓馬達速度伺服系統(tǒng)為使系統(tǒng)穩(wěn)定，諧振峰值不超過零分貝線，則54電液速度伺服系統(tǒng)一、閥控液壓馬達速度伺服系統(tǒng)對于確定的液壓動力機構，是確定值，則也確定了；又根據誤差要求可確定開環(huán)增益K0，則根據伯德圖幾何關系可確定時間常數為另外，校正后穿越頻率降低，閉環(huán)響應速度變慢。55電液速度伺服系統(tǒng)二、泵控液壓馬達速度伺服系統(tǒng)1、泵控馬達開環(huán)速度伺服系統(tǒng)一級液壓控制：伺服閥控制液壓缸二級液壓控制：變量泵控制液壓馬達功率級是開環(huán)控制，受負載、溫度及液壓馬達的泄漏影響大，因此控制精度較差。56電液速度伺服系統(tǒng)二、泵控液壓馬達速度伺服系統(tǒng)2、帶位置環(huán)的泵控馬達閉環(huán)速度伺服系統(tǒng)需要增加積分放大器進行校正，使系統(tǒng)仍保持I型系統(tǒng)。系統(tǒng)所有部件都在閉環(huán)以內，故控制精度高，系統(tǒng)的動態(tài)響應主要取決于變量泵控制液壓馬達部分的動態(tài)響應。57電液速度伺服系統(tǒng)二、泵控液壓馬達速度伺服系統(tǒng)3、不帶位置環(huán)的泵控馬達閉環(huán)速度伺服系統(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引起的靜差仍然存在。變量機構開環(huán)控制，抗干擾能力差，易受零漂、摩擦的影響。58電液力伺服系統(tǒng)以力為被調量的液壓伺服控制系統(tǒng)稱為液壓力控制系統(tǒng)。在工程應用中，力控制系統(tǒng)應用很多，如材料試驗機、結構物疲勞試驗機、軋機張力控制系統(tǒng)、車輪剎車裝置等均采用電液力控制系統(tǒng)。59電液力伺服系統(tǒng)一、系統(tǒng)組成及工作主要由伺服放大器、電液伺服閥、液壓缸和力傳感器等組成。60電液力伺服系統(tǒng)一、系統(tǒng)組成及工作偏差信號伺服放大器電液伺服閥61電液力伺服