第六章-電液伺服系統(tǒng)課件

第六章電液伺服系統(tǒng)第六章電液伺服系統(tǒng)1第一節(jié)電液伺服系統(tǒng)的類型一、模擬伺服系統(tǒng)在模擬伺服系統(tǒng)中，全部信號都是連續(xù)的模擬量，在此系統(tǒng)中，輸入信號、反饋信號、偏差信號及其放大、校正都是連續(xù)的模擬量第一節(jié)電液伺服系統(tǒng)的類型一、模擬伺服系統(tǒng)2二、數(shù)字伺服系統(tǒng)在數(shù)字伺服系統(tǒng)中，全部信號或部分信號是離散參量。數(shù)字檢測裝置有很高的分辨能力，所以數(shù)字伺服系統(tǒng)可以得到很高的絕對精度。數(shù)字伺服系統(tǒng)的輸入信號是很強(qiáng)的脈沖電壓，受模擬量的噪聲和零漂的影響很小。所以當(dāng)要求較高的絕對精度，而不是重復(fù)精度時(shí)，常采用數(shù)字伺服系統(tǒng)。二、數(shù)字伺服系統(tǒng)3第二節(jié)電液位置伺服系統(tǒng)的分析

一、系統(tǒng)的組成及其傳遞函數(shù)第二節(jié)電液位置伺服系統(tǒng)的分析一、系統(tǒng)的組成及其傳遞函數(shù)4第六章--電液伺服系統(tǒng)ppt課件5第六章--電液伺服系統(tǒng)ppt課件6自整角機(jī)測量裝置輸出的誤差信號電壓當(dāng)很小時(shí)，自整角機(jī)的增益為相敏放大器，將其看成比例環(huán)節(jié)，其增益伺服放大器傳遞函數(shù)可用伺服放大器增益表示，自整角機(jī)測量裝置輸出的誤差信號電壓7電液伺服閥的傳遞函數(shù)當(dāng)伺服閥的頻寬與液壓固有頻率相近時(shí)當(dāng)伺服閥的頻寬大于液壓固有頻率(3—5倍)時(shí)當(dāng)伺服閥的頻寬大于液壓固有頻率(5—10倍)時(shí)電液伺服閥的傳遞函數(shù)8在沒有彈性負(fù)載和不考慮結(jié)構(gòu)柔度的影響時(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)比為在沒有彈性負(fù)載和不考慮結(jié)構(gòu)柔度的影響時(shí),閥控液壓馬達(dá)的動(dòng)態(tài)方9系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為10電液伺服閥的響應(yīng)速度較快，與液壓動(dòng)力元件相比，其動(dòng)態(tài)特性可以忽略不計(jì)，把它看成比例環(huán)節(jié)。二、系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析系統(tǒng)的穩(wěn)定條件通常相位裕量應(yīng)在之間，增益裕量20lg應(yīng)大于6dB(或)。電液伺服閥的響應(yīng)速度較快，與液壓動(dòng)力元件相比，其動(dòng)態(tài)特性可以11取增益裕量

在相位裕量時(shí)，其對應(yīng)的相位為

20lg6db

2

因?yàn)橹荒苋≌担式獾?/p>

取增益裕量20lg6db212如果取相位裕量，則所對應(yīng)的對數(shù)幅值如果取相位裕量，則所對應(yīng)的對數(shù)幅值13第六章--電液伺服系統(tǒng)ppt課件14三、系統(tǒng)響應(yīng)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(gè)方面。(一)對指令輸入的閉環(huán)頻率響應(yīng)

其特征方程可用一個(gè)一階因式和一個(gè)二階因式表示，即

三、系統(tǒng)響應(yīng)特性分析15第六章--電液伺服系統(tǒng)ppt課件16第六章--電液伺服系統(tǒng)ppt課件17當(dāng)和值都較小時(shí)，閉環(huán)參數(shù)與開環(huán)參數(shù)有如下的近似關(guān)系當(dāng)和值都較小時(shí)，閉環(huán)參數(shù)與開環(huán)18第六章--電液伺服系統(tǒng)ppt課件19(二)系統(tǒng)的閉環(huán)剛度特性系統(tǒng)對外負(fù)載力矩的傳遞函數(shù)為考慮到時(shí)，，則閉環(huán)剛度可寫成

(二)系統(tǒng)的閉環(huán)剛度特性20一階滯后環(huán)節(jié)和一階超前環(huán)節(jié)可近似抵消，則剛度的表達(dá)式簡化為

一階滯后環(huán)節(jié)和一階超前環(huán)節(jié)可近似抵消，則剛度的表達(dá)式簡化為21在諧振頻率處閉環(huán)剛度最小，其值為令s＝0，可得系統(tǒng)的閉環(huán)靜態(tài)剛度為在諧振頻率處閉環(huán)剛度最小，其值為22四、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析(一)指令輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差系統(tǒng)對指令輸入的誤差傳遞函數(shù)為利用拉氏變換的終值定理，求得穩(wěn)態(tài)誤差為

四、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析231．階躍輸入2.等速輸入3.等加速輸入

24(二)負(fù)載干擾力矩引起的穩(wěn)態(tài)誤差系統(tǒng)對外負(fù)載力矩的誤差傳遞函數(shù)為穩(wěn)態(tài)負(fù)載誤差為對恒值外負(fù)載力矩，則有

(二)負(fù)載干擾力矩引起的穩(wěn)態(tài)誤差25(三)零漂和死區(qū)等引起的靜態(tài)誤差將零漂、死區(qū)等在系統(tǒng)中造成的誤差．稱為系統(tǒng)的靜差。靜摩擦力矩引起的靜態(tài)位置誤差為(三)零漂和死區(qū)等引起的靜態(tài)誤差26靜摩擦力矩折算到伺服閥輸入端的死區(qū)電流為電液伺服閥的零漂和死區(qū)所引起的位置誤差為靜態(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27五、計(jì)算舉例電液位置伺服系統(tǒng)。巳知:液壓缸有效面積，系統(tǒng)總流量—壓力系數(shù)，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。取增益裕量為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。五、計(jì)算舉例28系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為開環(huán)放大系數(shù)

系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為29光電檢測器與伺服放大器增益系統(tǒng)的跟隨誤差為

靜摩擦力引起的死區(qū)電流為

光電檢測器與伺服放大器增益系統(tǒng)的跟隨誤差為30零漂和死區(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)*10-3=0.99*10-3m零漂和死區(qū)引起的總靜態(tài)誤差為31第三節(jié)電液伺服系統(tǒng)的校正一、滯后校正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。傳遞函數(shù)為

第三節(jié)電液伺服系統(tǒng)的校正一、滯后校正32加入滯后校正后，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

加入滯后校正后，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為33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)Kvc2)利用已確定的速度放大系數(shù)，畫出末校正系統(tǒng)的伯德圖．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。4)選擇轉(zhuǎn)折頻率。為了減小滯后網(wǎng)絡(luò)對處相位滯后的影響，應(yīng)使低于新增益交界頻率的1到10倍頻程。5)確定滯后超前比a，由可確定出a值,一般在10-20之間，通常取a=10

設(shè)計(jì)步驟如下：34第六章--電液伺服系統(tǒng)ppt課件35滯后校正使速度放大系數(shù)提a高倍，因此使速度誤差減小a倍。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。但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)增益減小時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性就要變壞，甚至變得不穩(wěn)定。也就是說，系統(tǒng)變成了有條件穩(wěn)定的系統(tǒng)，對系統(tǒng)參數(shù)變化和非線性影響比較敏感。

滯后校正使速度放大系數(shù)提a高倍，因此使速度誤差減小a倍。提36例1.已知閥控缸電液位置控制系統(tǒng)如圖所示，負(fù)載質(zhì)量M作直線運(yùn)動(dòng)，已知負(fù)載工況為行程xpmax=0.5m；M=1000kg;干摩擦力Ff=2000N；負(fù)載最大速度Vmax=0.1m/s。負(fù)載最大加速度a=2.2m/s2。能源壓力為Ps=63bar；最大輸入信號電壓ei=5V；油液容積彈性模數(shù)βe=10*108。選用的電液伺服閥的數(shù)據(jù)為：頻率，阻尼系數(shù)；閥的流量增益；壓力流量系數(shù)。再取反饋增益為Kf=10V/m，(1)試設(shè)計(jì)液壓缸的活塞面積，進(jìn)而確定液壓缸的傳遞函數(shù)，并設(shè)計(jì)伺服放大器的增益Ka，使系統(tǒng)的相角裕度大于45度；幅值裕度大于6dB。例1.已知閥控缸電液位置控制系統(tǒng)如圖所示，負(fù)載質(zhì)量M作直線運(yùn)372.若希望由于干摩擦所引起的誤差下降到原來的1/4，采用滯后校正，試設(shè)計(jì)滯后校正裝置的參數(shù)，并調(diào)整直流放大器增益以保持系統(tǒng)的幅值裕度不變。2.若希望由于干摩擦所引起的誤差下降到原來的1/4，采用滯后38當(dāng)Ka=0.2時(shí)當(dāng)Ka=0.2時(shí)39輸入端誤差輸出端誤差若要誤差減小為原來的1/4，則增益應(yīng)增大為原來的4倍，即Ka=0.8A，輸入端誤差40第六章--電液伺服系統(tǒng)ppt課件41若不改變原系統(tǒng)的截至頻率則，滯后校正元件的分度系數(shù)應(yīng)為4，取滯后校正元件的傳遞函數(shù)為：若不改變原系統(tǒng)的截至頻率則，滯后校正元件的分度系數(shù)應(yīng)為4，取42第六章--電液伺服系統(tǒng)ppt課件43二、速度與加速度反饋校正速度反饋校正的主要作用是提高主回路的靜態(tài)剛度，減少速度反饋回路內(nèi)的干擾和非線性的影響，提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度。加速度反饋主要是提高系統(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)的性能可以得到顯著的改善。二、速度與加速度反饋校正44速度與加速度反饋校正回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為速度與加速度反饋校正回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為45k1—只有速度反饋校正時(shí)?；芈返拈_環(huán)增益K2-只有加速度反饋校正時(shí)校回路的開環(huán)增益整個(gè)位置伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

Kv—系統(tǒng)未加校正時(shí)的開環(huán)增益，

k1—只有速度反饋校正時(shí)?；芈返拈_環(huán)增益Kv—系統(tǒng)未加校正時(shí)46只有速度反饋校正時(shí)，K2=0，速度反饋校正使位置系統(tǒng)的開環(huán)增益降為，固有頻率增大為，阻尼比下降為開環(huán)增益的下降，可以通過調(diào)整前置放大器的增益加以補(bǔ)償。

設(shè)具有速度與加速度反饋校正的固有頻率與阻尼比分別為和

只有速度反饋校正時(shí)，K2=0，速度反饋校正使位置系統(tǒng)的開環(huán)增47三、壓力反饋和動(dòng)壓反饋校正采用壓力反饋和動(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)的振動(dòng)將減弱，起到了增加系統(tǒng)阻尼的作用?？梢圆捎脡毫Ψ答佀欧y或動(dòng)壓反饋伺服閥實(shí)現(xiàn)壓力反饋和動(dòng)壓反饋。也可以來用液壓機(jī)械網(wǎng)絡(luò)或電反饋實(shí)現(xiàn)壓力反饋或動(dòng)壓反饋。三、壓力反饋和動(dòng)壓反饋校正48(一)壓力反饋校正壓差或壓力傳感器測取液壓馬達(dá)的負(fù)載壓力，反饋到功率放大器的輸入端，構(gòu)成壓力反饋。壓力反饋回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為(一)壓力反饋校正49校正后系統(tǒng)的阻尼比為位置系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為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。，校正后系統(tǒng)的阻尼比為壓力反饋不改變開環(huán)增益和液壓固有頻率，但50(二)動(dòng)壓反饋校正(二)動(dòng)壓反饋校正51第四節(jié)電液速度控制系統(tǒng)電液速度控制系統(tǒng)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)。一、閥控馬達(dá)速度控制系統(tǒng)第四節(jié)電液速度控制系統(tǒng)電液速度控制系統(tǒng)統(tǒng)按控制方式可分52系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)53滯后校正滯后校正54系統(tǒng)Bode圖穩(wěn)定條件滯后網(wǎng)絡(luò)時(shí)間常數(shù)系統(tǒng)Bode圖55二、泵控馬達(dá)速度控制系統(tǒng)(一)泵控開環(huán)速度控制系統(tǒng)變量泵的斜盤角由比例放大器、伺服閥、液壓缸和位移傳感器組成的位置回路控制。

(二)帶位置環(huán)的泵控閉環(huán)速度控制系統(tǒng)二、泵控馬達(dá)速度控制系統(tǒng)56(三)不帶位置環(huán)的泵控閉環(huán)速度控制系統(tǒng)(三)不帶位置環(huán)的泵控閉環(huán)速度控制系統(tǒng)57三、計(jì)算舉例設(shè)速度控制系統(tǒng)的原理圖和方塊圖如圖三、計(jì)算舉例58該系統(tǒng)的開環(huán)增益為K0=0.05*3060*1.25*3*0.175=100該系統(tǒng)的開環(huán)增益為K0=0.05*306059系統(tǒng)校正：積分放大器若T＝20，則系統(tǒng)校正：積分放大器若T＝20，則60當(dāng)輸入1v時(shí)，系統(tǒng)所對應(yīng)的希望輸出為

當(dāng)輸入1v時(shí)，系統(tǒng)所對應(yīng)的希望輸出為61第五節(jié)電液力控制系統(tǒng)一、系統(tǒng)組成及工作原理電液力控制系統(tǒng)主要由伺服放大器、電液伺服閥、液壓缸和力傳感器等組成第五節(jié)電液力控制系統(tǒng)一、系統(tǒng)組成及工作原理62二、基本方程與開環(huán)傳遞函數(shù)偏差電壓信號為力傳感器方程