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(zhuǎn)換和放大元件實(shí)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(yīng)速度快，輸出功率大、信號處理靈活、易于實(shí)現(xiàn)各種參量的反饋等優(yōu)點(diǎn)。2電液伺服控制系統(tǒng)的類型與性能評價指標(biāo)

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(shù)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(biāo)

二、電液伺服控制系統(tǒng)的性能評價指標(biāo)1、靜態(tài)特性指標(biāo)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(zhì)、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(biāo)

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

超調(diào)量

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

二、電液伺服控制系統(tǒng)的性能評價指標(biāo)2、動態(tài)特性指標(biāo)（2）頻域性能指標(biāo)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(shù)幅頻、相頻特性閉環(huán)對數(shù)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(biāo)

二、電液伺服控制系統(tǒng)的性能評價指標(biāo)3、準(zhǔn)確性指標(biāo)（1）穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)、輸入信號的形式有關(guān)，它是系統(tǒng)控制精度（即準(zhǔn)確性）的一種度量。（2）動態(tài)誤差系數(shù)動態(tài)誤差系數(shù)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(zhǔn)確性指標(biāo)采用動態(tài)誤差系數(shù)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(biāo)

二、電液伺服控制系統(tǒng)的性能評價指標(biāo)4、綜合性能指標(biāo)在最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，經(jīng)常使用綜合性能指標(biāo)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(jī)械位移信號，常用在機(jī)床工作臺的位置控制、板帶軋機(jī)的板厚控制、飛機(jī)和船舶的舵機(jī)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(shù)自整角機(jī)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(shù)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(shù)電液伺服閥傳遞函數(shù)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(shù)閥控液壓馬達(dá)動力機(jī)構(gòu)傳遞函數(shù)忽略彈性負(fù)載，考慮慣性負(fù)載和黏性負(fù)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(shù)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(shù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)：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(shù)通常情況下，電液伺服閥比液壓動力元件響應(yīng)速度快，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)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(jù)電液位置伺服系統(tǒng)簡化的開環(huán)傳遞函數(shù)，可繪出其相應(yīng)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(jù)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(jìn)行校正，提高系統(tǒng)的阻尼系數(shù)。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(yīng)特性包括對指令信號和對外負(fù)載力矩干擾的閉環(huán)響應(yīng)兩個方面。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時，通常只考慮對指令信號的響應(yīng)特性，而對外負(fù)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(yīng)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(yīng)當(dāng)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(yīng)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(zhuǎn)折頻率，所以此轉(zhuǎn)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(shí)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(fù)載力矩干擾的閉環(huán)頻率響應(yīng)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(fù)載力矩干擾的閉環(huán)頻率響應(yīng)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(yīng)結(jié)束后系統(tǒng)輸出量的希望值與實(shí)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(biāo)。穩(wěn)態(tài)誤差包括由指令輸入、外負(fù)載力（或力矩）等外干擾和系統(tǒng)中的零漂、死區(qū)等內(nèi)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(fù)載干擾力矩引起的穩(wěn)態(tài)誤差對于恒定外負(fù)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(fù)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(diǎn)（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(dāng)電液位置伺服控制系統(tǒng)的某些性能指標(biāo)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(yīng)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(biāo)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(yīng)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(guān)系，如：閥控缸閥控馬達(dá)在活塞端面加工一個小阻尼孔；液壓缸兩腔間構(gòu)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(shí)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(fù)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(fù)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(diào)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(jìn)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(fù)載壓力一般是隨系統(tǒng)動態(tài)變化的，當(dāng)系統(tǒng)振動加劇時，負(fù)載壓力也增大。如果將負(fù)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(shù)加大，是提高和產(chǎn)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(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)，只是增加了一項(xiàng)附加流量－壓力系數(shù)，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(shù)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??；壓力反饋校正提高了系統(tǒng)的阻尼比和液壓固有頻率，能改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，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(dǎo)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(yīng)用于原動機(jī)的調(diào)速、機(jī)床的進(jìn)給以及雷達(dá)天線、炮塔等裝備中以控制其運(yùn)轉(zhuǎn)速度。按控制方式可分為閥控和泵控液壓馬達(dá)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(dá)速度伺服系統(tǒng)52電液速度伺服系統(tǒng)一、閥控液壓馬達(dá)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??；考慮到伺服閥、速度檢測及反饋裝置等都有動態(tài)響應(yīng)，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(dá)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(dá)速度伺服系統(tǒng)對于確定的液壓動力機(jī)構(gòu)，是確定值，則也確定了；又根據(jù)誤差要求可確定開環(huán)增益K0，則根據(jù)伯德圖幾何關(guān)系可確定時間常數(shù)為另外，校正后穿越頻率降低，閉環(huán)響應(yīng)速度變慢。55電液速度伺服系統(tǒng)二、泵控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)1、泵控馬達(dá)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(dá)功率級是開環(huán)控制，受負(fù)載、溫度及液壓馬達(dá)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(dá)速度伺服系統(tǒng)2、帶位置環(huán)的泵控馬達(dá)閉環(huán)速度伺服系統(tǒng)需要增加積分放大器進(jìn)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(nèi)，故控制精度高，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)主要取決于變量泵控制液壓馬達(dá)部分的動態(tài)響應(yīng)。57電液速度伺服系統(tǒng)二、泵控液壓馬達(dá)速度伺服系統(tǒng)3、不帶位置環(huán)的泵控馬達(dá)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(jī)構(gòu)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(diào)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(yīng)用中，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)、軋機(jī)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