液壓伺服與比例控制系統(tǒng)Chapter4

1、液壓伺服控制系統(tǒng) 多媒體授課系統(tǒng)多媒體授課系統(tǒng)本章摘要 由機(jī)械反饋裝置和液壓動(dòng)力元件所組成的反饋由機(jī)械反饋裝置和液壓動(dòng)力元件所組成的反饋控制系統(tǒng)稱為機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)。機(jī)液伺服系統(tǒng)控制系統(tǒng)稱為機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)。機(jī)液伺服系統(tǒng)主要用來(lái)進(jìn)行位置控制，也可以用來(lái)控制其它物主要用來(lái)進(jìn)行位置控制，也可以用來(lái)控制其它物理量，如原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制等。理量，如原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制等。4.1 機(jī)液位置伺服系統(tǒng)機(jī)液位置伺服系統(tǒng) 一、系統(tǒng)方框圖一、系統(tǒng)方框圖液壓缸輸出位移：液壓缸輸出位移：2221421qcetvLppecephhhKKVXs FAAKXsss二、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析二、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析開環(huán)傳遞函數(shù)：開環(huán)傳遞函數(shù)：2

2、2( )( )21vhhhKG s H ssss根據(jù)波德圖給出穩(wěn)定性條件：由圖43所示的伯德圖可以看出，穿越頻率近似等于開環(huán)放大系數(shù)。安際上穿越頻率稍大于開環(huán)放大系數(shù)，而系統(tǒng)的頻寬又稍大于穿越頻率。所以開環(huán)放大系數(shù)愈大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度愈快。另外，開環(huán)放大系數(shù)越大，系統(tǒng)的控制精度也越高。所以要提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度，就要提高開環(huán)放大系數(shù)，但要受穩(wěn)定性限制。通常液壓伺服系統(tǒng)是欠阻尼的，由于阻尼比小限制了系統(tǒng)的性能。所以提高阻尼比對(duì)改善系統(tǒng)性能來(lái)說(shuō)是十分關(guān)鍵的。20lg()()20lg02ghhhhKG jH j 12vhhK 4.2 結(jié)構(gòu)柔度對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響結(jié)構(gòu)柔度對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響一、基本方

3、程與傳遞函數(shù)一、基本方程與傳遞函數(shù)LqvcLQK XK P()4tLppctpLLeVQA s XXC PsP閥的流量方程：閥的流量方程：流量連續(xù)性方程：流量連續(xù)性方程：液壓缸活塞受力平衡方程：液壓缸活塞受力平衡方程：22()()pLtpppcspLA Pm s XBsXsXKXX4.2 結(jié)構(gòu)柔度對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響結(jié)構(gòu)柔度對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響負(fù)載力平衡方程負(fù)載力平衡方程缸體力平衡方程缸體力平衡方程22()spLLLLLLKXXm s XB sXF21()LpccppcscP Am s XB s XXK X 對(duì)上述三個(gè)力平衡方程簡(jiǎn)化后得：對(duì)上述三個(gè)力平衡方程簡(jiǎn)化后得：綜合推得：綜合推得：2()Lp

4、spLP AKXX22()spLLLLKXXm s XF1LpscP AK X 222221111LLLLppLLpLssLLcLssFPm s XAAmFXsXKKmFXs XKK聯(lián)立整理得：聯(lián)立整理得：綜合推得：綜合推得：22212221214114qLtLLceLvLpepsspcetLpepssKm VmmK mXsssXAAKKAKVFAAKK2221qpLvnnnKAXXsss22211LpsXsX總傳遞函數(shù)：22222121qppsvnnnKsXAXsss二、考慮結(jié)構(gòu)柔度的系統(tǒng)穩(wěn)定性二、考慮結(jié)構(gòu)柔度的系統(tǒng)穩(wěn)定性（一）全閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（一）全閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性假定反饋從負(fù)載端取出構(gòu)

5、成全閉環(huán)系統(tǒng)，如圖假定反饋從負(fù)載端取出構(gòu)成全閉環(huán)系統(tǒng)，如圖46所示。開環(huán)所示。開環(huán)系統(tǒng)的伯德圖見(jiàn)圖系統(tǒng)的伯德圖見(jiàn)圖47曲線，此時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為曲線，此時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為 ，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和頻寬受綜合諧振頻率和綜合阻尼比所限制。系統(tǒng)的穩(wěn)定性和頻寬受綜合諧振頻率和綜合阻尼比所限制。2vnnK 22222121qppsvnnnKsXAXsss（二）半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（二）半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性如果反饋從活塞輸出端引出構(gòu)成半閉環(huán)系統(tǒng)，其方塊圖如圖如果反饋從活塞輸出端引出構(gòu)成半閉環(huán)系統(tǒng)，其方塊圖如圖48所示。此時(shí)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)含有所示。此時(shí)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)含有2階微分環(huán)節(jié)，當(dāng)諧振頻率與階微分環(huán)節(jié)，當(dāng)諧振頻

6、率與綜合諧振頻率靠的很近時(shí)，反諧振二階微分環(huán)節(jié)對(duì)綜合諧振有一個(gè)綜合諧振頻率靠的很近時(shí)，反諧振二階微分環(huán)節(jié)對(duì)綜合諧振有一個(gè)對(duì)消作用，使綜合諧振峰值減小，如圖對(duì)消作用，使綜合諧振峰值減小，如圖47中曲線中曲線5，從而改善了，從而改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的穩(wěn)定性。總結(jié)：半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性比全閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性好得多。但半總結(jié)：半閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性比全閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性好得多。但半閉環(huán)系統(tǒng)的精度一般來(lái)說(shuō)精度要比全閉環(huán)系統(tǒng)低。閉環(huán)系統(tǒng)的精度一般來(lái)說(shuō)精度要比全閉環(huán)系統(tǒng)低。2vnnK 2vnnK 4.3 動(dòng)壓反饋裝置液壓伺服系統(tǒng)往往是欠阻尼的，液壓阻尼比小直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和精度。因此提高阻尼比，對(duì)

7、改善系統(tǒng)性能是十分重要的。采用動(dòng)壓反饋可以有效地提高阻尼比，兩種常用的動(dòng)壓反饋裝置，分別是液阻加空氣蓄能器和油氣阻尼器，一、基本方程：一、基本方程：二、方框圖與傳遞函數(shù)：二、方框圖與傳遞函數(shù)：LqvcLQK XK P( )4tLpptpdLLeVQA sXCGs PsP2pLtpA Pm s X三、傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化液壓固有頻率：液壓阻尼比：2221qppvhhhKXAXsss24ephttAmV( )ceetdethptptKmGsmAVAV附加阻尼比：( )1detccetptpctGsmCsmAVAsV11cetcchdptccCmssKAVssn1、什么是機(jī)液伺服系統(tǒng)？機(jī)液伺服系統(tǒng)有什么優(yōu)缺點(diǎn)?n2、為什么常把機(jī)液位置伺服系統(tǒng)稱作力放大器或助力器?n3、為什么機(jī)液位置伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和控制精度由液壓動(dòng)力元件的特性所決定？n4、為什么在機(jī)液位置伺服系統(tǒng)中，閥流量增益的確定很重要?n5、低阻尼對(duì)液壓伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有什么影響?如何提高系統(tǒng)的阻尼，這些方法各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)?n