第六章電液伺服系統(tǒng)

1、第六章第六章 電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)6-1 6-1 電液伺服系統(tǒng)的類型電液伺服系統(tǒng)的類型 電液伺服系統(tǒng)分類方法很多，可以從不同電液伺服系統(tǒng)分類方法很多，可以從不同的角度分類，例如位置控制、速度控制、的角度分類，例如位置控制、速度控制、力控制等；閥控系統(tǒng)、泵控系統(tǒng)；大功率力控制等；閥控系統(tǒng)、泵控系統(tǒng)；大功率系統(tǒng)、小功率系統(tǒng)；開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)、小功率系統(tǒng)；開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)等。 根據(jù)輸入信號的形式不同，還可以分為模根據(jù)輸入信號的形式不同，還可以分為模擬伺服系統(tǒng)和數(shù)字伺服系統(tǒng)兩類。下面對擬伺服系統(tǒng)和數(shù)字伺服系統(tǒng)兩類。下面對模擬伺服系統(tǒng)和數(shù)字伺服系統(tǒng)作一簡單介模擬伺服系統(tǒng)和

2、數(shù)字伺服系統(tǒng)作一簡單介紹。紹。一、模擬伺服系統(tǒng)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，如圖在模擬伺服系統(tǒng)中，全部信號都是連續(xù)的模擬量，如圖6-16-1所示。所示。電信號可以是直流量，也可以是交流量。直流量和交流量相電信號可以是直流量，也可以是交流量。直流量和交流量相互轉換可以通過調制器和解調器完成?；マD換可以通過調制器和解調器完成。 模擬伺服系統(tǒng)重復精度高，但分辨能力較低（絕模擬伺服系統(tǒng)重復精度高，但分辨能力較低（絕對精度低）。伺服系統(tǒng)的精度在很大程度上取決對精度低）。伺服系統(tǒng)的精度在很大程度上取決于檢測裝置的精度，而模擬式檢測裝置的精度一于檢測裝置的精度，而模擬式檢測裝置

3、的精度一般低于數(shù)字式檢測裝置，所以模擬伺服系統(tǒng)分辨般低于數(shù)字式檢測裝置，所以模擬伺服系統(tǒng)分辨能力低于數(shù)字模擬伺服系統(tǒng)。能力低于數(shù)字模擬伺服系統(tǒng)。 模擬伺服系統(tǒng)中微小信號容易受到噪聲和零漂的模擬伺服系統(tǒng)中微小信號容易受到噪聲和零漂的影響，因此當輸入信號接近或小于輸入端的噪聲影響，因此當輸入信號接近或小于輸入端的噪聲和零漂時，就不能進行有效的控制了。和零漂時，就不能進行有效的控制了。二、數(shù)字伺服系統(tǒng)二、數(shù)字伺服系統(tǒng)v 在數(shù)字伺服系統(tǒng)中，全部或部分信號是離散參量。因此數(shù)字在數(shù)字伺服系統(tǒng)中，全部或部分信號是離散參量。因此數(shù)字伺服系統(tǒng)又分為伺服系統(tǒng)又分為全數(shù)字伺服系統(tǒng)全數(shù)字伺服系統(tǒng)和和數(shù)字數(shù)字- -模擬

4、伺服系統(tǒng)模擬伺服系統(tǒng)。v 在全數(shù)字伺服系統(tǒng)中，動力元件必須能夠接受數(shù)字信號，可在全數(shù)字伺服系統(tǒng)中，動力元件必須能夠接受數(shù)字信號，可采用數(shù)字閥或電液步進馬達。采用數(shù)字閥或電液步進馬達。v 數(shù)字數(shù)字- -模擬混合式伺服系統(tǒng)，如圖模擬混合式伺服系統(tǒng)，如圖6-26-2所示。數(shù)字裝置發(fā)出的所示。數(shù)字裝置發(fā)出的指令脈沖與反饋脈沖相比較后產(chǎn)生數(shù)字偏差，經(jīng)指令脈沖與反饋脈沖相比較后產(chǎn)生數(shù)字偏差，經(jīng)數(shù)模轉換器數(shù)模轉換器把信號變?yōu)槟M偏差電壓，后面的動力部分不變，仍是模擬把信號變?yōu)槟M偏差電壓，后面的動力部分不變，仍是模擬元件。系統(tǒng)輸出通過數(shù)字檢測器（即元件。系統(tǒng)輸出通過數(shù)字檢測器（即模數(shù)轉換器模數(shù)轉換器）變?yōu)榉?/p>

5、饋）變?yōu)榉答伱}沖信號。脈沖信號。 數(shù)字檢測裝置具有很高的分辨能力，所以數(shù)字數(shù)字檢測裝置具有很高的分辨能力，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)的輸入信號是很強的脈沖電壓，受模擬量系統(tǒng)的輸入信號是很強的脈沖電壓，受模擬量的噪聲和零漂的影響很小。因此，當要求較高的噪聲和零漂的影響很小。因此，當要求較高的絕對精度，而不是重復精度時，常采用數(shù)字的絕對精度，而不是重復精度時，常采用數(shù)字伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)。 數(shù)字伺服系統(tǒng)還能運用計算機對信息進行存貯、數(shù)字伺服系統(tǒng)還能運用計算機對信息進行存貯、解算和控制，在大系統(tǒng)中實現(xiàn)多環(huán)路、多參量解算和控制，在大系統(tǒng)

6、中實現(xiàn)多環(huán)路、多參量的實時控制，因此發(fā)展前景廣闊。但是，從經(jīng)的實時控制，因此發(fā)展前景廣闊。但是，從經(jīng)濟性、可靠性方面來看，簡單的伺服系統(tǒng)仍以濟性、可靠性方面來看，簡單的伺服系統(tǒng)仍以采用模擬控制為宜。采用模擬控制為宜。6-2 6-2 電液位置伺服系統(tǒng)的分析電液位置伺服系統(tǒng)的分析 電液位置伺服系統(tǒng)是最基本和最常用電液位置伺服系統(tǒng)是最基本和最常用的液壓伺服系統(tǒng)，如機床工作臺的位的液壓伺服系統(tǒng)，如機床工作臺的位置、板帶扎機的板厚、帶材跑偏控制、置、板帶扎機的板厚、帶材跑偏控制、飛機和艦船的舵機控制、雷達和火炮飛機和艦船的舵機控制、雷達和火炮控制系統(tǒng)以及振動試驗臺等。在其它控制系統(tǒng)以及振動試驗臺等。在其

7、它物理量的控制系統(tǒng)中，如速度控制和物理量的控制系統(tǒng)中，如速度控制和力控制系統(tǒng)中，也常用位置控制小回力控制系統(tǒng)中，也常用位置控制小回路作為大回路中的一個環(huán)節(jié)。路作為大回路中的一個環(huán)節(jié)。一、系統(tǒng)的組成及其傳遞函數(shù)一、系統(tǒng)的組成及其傳遞函數(shù)電液伺服系統(tǒng)的動力元件有閥控式和泵控電液伺服系統(tǒng)的動力元件有閥控式和泵控式兩種基本型式，但是由于其所采用的指式兩種基本型式，但是由于其所采用的指令裝置、反饋測量裝置和相應的放大、校令裝置、反饋測量裝置和相應的放大、校正的電子部件不同，就構成了不同的系統(tǒng)。正的電子部件不同，就構成了不同的系統(tǒng)。如果采用電位器作為指令裝置和反饋裝置，如果采用電位器作為指令裝置和反饋裝置

8、，就可以構成就可以構成直流電液位置伺服系統(tǒng)直流電液位置伺服系統(tǒng)；如果；如果采用自整角機或旋轉變壓器作為指令裝置采用自整角機或旋轉變壓器作為指令裝置和反饋裝置，就可以構成和反饋裝置，就可以構成交流電液位置伺交流電液位置伺服系統(tǒng)服系統(tǒng)。圖圖6-36-3為采用自整角機作為角測量裝置的電為采用自整角機作為角測量裝置的電液位置伺服系統(tǒng)。液位置伺服系統(tǒng)。Ue /(r- c)= Ke Ug /Ue= Kd aiugI /Ug= Ka 12)(220ssKIQsGKsvsvsvsvsvsv1)(0sTKIQsGKsvsvsvsvsvsvsvKIQsGK0)(伺服閥的時間常數(shù)。伺服閥的阻尼比；伺服閥的固有頻率；

9、伺服閥的空載流量；時伺服閥的傳遞函數(shù)；伺服閥的流量增益；svsvsvsvsvsvTQKsGK01)() 12()41 (2220sssTsKViDKDQhhhLceetmcemm齒輪傳動比。iiimccm1或 ) 12()()(22ssssGKsHsGhhhsvv。大系數(shù)），開環(huán)增益（也稱速度放msvadevviDKKKKKK ) 12()(22sssKsHsGhhhv 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的形式與第四章所討論的機液伺服位置系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的形式與第四章所討論的機液伺服位置系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的形式相同，故系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件仍為系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的形式相同，故系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件仍為hhvK222122h

10、hhhvhhvKK二、系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)品質分析二、系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)品質分析 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為) 12)(1(122sssncncncbrc) 14() 12)(1()(222sKVsssKiDKTceetncncncbcemveLcemvcLKiDKT20)(。閉環(huán)振蕩環(huán)節(jié)的阻尼比率；閉環(huán)振蕩環(huán)節(jié)的固有頻率；閉環(huán)慣性環(huán)節(jié)的轉折頻ncncb 速度誤差、負載誤差和由靜摩擦力矩引起的不靈敏區(qū)（死區(qū)）速度誤差、負載誤差和由靜摩擦力矩引起的不靈敏區(qū)（死區(qū)）的計算與第四章所討論的機液伺服位置系統(tǒng)一樣。的計算與第四章所討論的機液伺服位置系統(tǒng)一樣。 除了速度誤差、負載誤差和由靜摩擦力矩

11、引起的不靈敏區(qū)外，除了速度誤差、負載誤差和由靜摩擦力矩引起的不靈敏區(qū)外，還有伺服放大器零漂、伺服閥零漂及死區(qū)等引起的位置誤差。還有伺服放大器零漂、伺服閥零漂及死區(qū)等引起的位置誤差。伺服放大器零漂、伺服閥零漂及死區(qū)和負載的靜摩擦力矩等伺服放大器零漂、伺服閥零漂及死區(qū)和負載的靜摩擦力矩等所引起的總位置誤差就是系統(tǒng)的總靜態(tài)誤差所引起的總位置誤差就是系統(tǒng)的總靜態(tài)誤差。這部分誤差的。這部分誤差的計算可參考圖計算可參考圖6-126-12。三、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析三、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析 由靜摩擦力矩引起的靜態(tài)位置誤差為由靜摩擦力矩引起的靜態(tài)位置誤差為221mvfcecDiKTKmsvfceDiDKTKI1adeD

12、dcKKKII2伺服閥的死區(qū)電流值。伺服閥的零漂電流；DdIIadecKKKI圖圖6-136-13所示電液位置伺服系統(tǒng)：所示電液位置伺服系統(tǒng)： 已知：液壓缸有效面積已知：液壓缸有效面積Ap=168=1681010-4-4m m3 3，系統(tǒng)總流量，系統(tǒng)總流量- -壓力系壓力系數(shù)數(shù)Kce=1.2=1.21010-11-11m m3 3/sPa/sPa，最大工作速度，最大工作速度vm= 2.2= 2.21010-2-2m/sm/s，最大靜摩擦力最大靜摩擦力Ff=1.75=1.7510104 4N N，伺服閥零漂和死區(qū)電流總計為，伺服閥零漂和死區(qū)電流總計為15mA15mA。 要求：增益裕量要求：增益裕

13、量6dB6dB。 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。差和靜態(tài)誤差。四四 、計算舉例、計算舉例 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 ) 1883 . 0288)(11577 . 02157()(2222sssssKsHsGvA/m8 .21195. 51096. 13vaKK 系統(tǒng)的跟隨誤差為系統(tǒng)的跟隨誤差為 m1089. 0m7 .24102 . 232vmrKveA1038. 6A101681096. 1102 . 1343111fpsvceDFAKKIm101 . 0m8 .2111038. 6153

14、3apKIx6-3 6-3 電液位置伺服系統(tǒng)的校正電液位置伺服系統(tǒng)的校正對液壓伺服系統(tǒng)校正時應注意以下特點：對液壓伺服系統(tǒng)校正時應注意以下特點： 液壓位置伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)通常液壓位置伺服系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)通?？梢院喕癁橐粋€積分環(huán)節(jié)和一個振蕩環(huán)可以簡化為一個積分環(huán)節(jié)和一個振蕩環(huán)節(jié)，而液壓阻尼比一般都比較小，使得節(jié)，而液壓阻尼比一般都比較小，使得增益裕量不足，相位裕量有余。增益裕量不足，相位裕量有余。 參數(shù)變化較大，特別是阻尼比隨工作點參數(shù)變化較大，特別是阻尼比隨工作點變動在很大的范圍內變化。變動在很大的范圍內變化。 滯后校正的主要作用是滯后校正的主要作用是：通過提：通過提高低頻段增益，減小

15、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)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。的增益，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 圖圖6-15a6-15a為一種由電阻、電容組成為一種由電阻、電容組成的滯后校正網(wǎng)絡，其傳遞函數(shù)為的滯后校正網(wǎng)絡，其傳遞函數(shù)為一、滯后校正一、滯后校正11)()()(0rcrcicasssususG。滯后超前比，為電阻及電容；、，超前環(huán)節(jié)的轉折頻率，11CRRCrcrc 圖圖6-56-5所示的位置伺服系所示的位置伺服系統(tǒng)加入滯后校正后，系統(tǒng)加入滯后校正后，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)

16、為。，校正后的速度放大系數(shù)vvcvcKKK) 12)(1() 1()()(22sssassKsGsGhhhrcrcvcc設計滯后校正網(wǎng)絡主要是確定參數(shù)設計滯后校正網(wǎng)絡主要是確定參數(shù)c、rc和和。設計步驟如下：。設計步驟如下：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)）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)Kvc 。2）利用已經(jīng)確定的）利用已經(jīng)確定的Kvc，畫出未校正系統(tǒng)的伯德圖，如圖，畫出未校正系統(tǒng)的伯德圖，如圖6-16中中的曲線的曲線2，檢查未校正系統(tǒng)的相位裕量和增益裕量，看是否滿，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。足要求。3）如果不滿足要求，則應根據(jù)相位裕量和增益

17、裕量的要求確定）如果不滿足要求，則應根據(jù)相位裕量和增益裕量的要求確定新的增益穿越頻率新的增益穿越頻率c。在。在c處的相位為：處的相位為：c(c)=-180+(512) 式中，式中，是要求的是要求的相位裕量，增加相位裕量，增加512是為了補償滯后是為了補償滯后網(wǎng)絡在網(wǎng)絡在c處引起的相位滯后。處引起的相位滯后。rc靠近靠近c時取大值，反之取小時取大值，反之取小值。在伯德圖根據(jù)上式可確定出值。在伯德圖根據(jù)上式可確定出c。在。在h比較小時，增益裕比較小時，增益裕量難以保證，應根據(jù)增益裕量確定量難以保證，應根據(jù)增益裕量確定c ，然后檢查相位裕量是，然后檢查相位裕量是否滿足要求。否滿足要求。4）選擇轉折頻

18、率）選擇轉折頻率rc。為了減小滯后網(wǎng)絡對。為了減小滯后網(wǎng)絡對c處相位滯后的影響，處相位滯后的影響，應使應使rc低于新增益穿越頻率低于新增益穿越頻率c的的110倍頻程，一般可?。罕额l程，一般可?。簉c =(1/41/5) c 。5）確定滯后超前比）確定滯后超前比 。由。由Kvc = Kv = c ，可定出，可定出 。 一般在一般在1020之間，通常取之間，通常取=10。注意幾點：注意幾點： 滯后校正使速度放大系數(shù)提高了滯后校正使速度放大系數(shù)提高了倍，因此使速度誤差減小了倍，因此使速度誤差減小了倍，從而提高了閉環(huán)剛度，減小了負載誤差。由于回路增益倍，從而提高了閉環(huán)剛度，減小了負載誤差。由于回路增益

19、提高，減小了元件參數(shù)變化和非線性影響。提高，減小了元件參數(shù)變化和非線性影響。 滯后校正降低了穿越頻率，使穿越頻率兩側的相位滯后增大，滯后校正降低了穿越頻率，使穿越頻率兩側的相位滯后增大，特別是低頻側相位滯后較大。如果低頻相位小于特別是低頻側相位滯后較大。如果低頻相位小于180180，在開，在開環(huán)減小時，系統(tǒng)穩(wěn)定性就變壞，甚至變得不穩(wěn)定。環(huán)減小時，系統(tǒng)穩(wěn)定性就變壞，甚至變得不穩(wěn)定。 上述上述滯后校正網(wǎng)絡是無源校正網(wǎng)絡，為了補償滯后校正網(wǎng)絡滯后校正網(wǎng)絡是無源校正網(wǎng)絡，為了補償滯后校正網(wǎng)絡的衰減，需將放大器的增益增加的衰減，需將放大器的增益增加倍，或增設增益放大裝置。倍，或增設增益放大裝置。為了克服

20、這個缺點，常采用調節(jié)器校正。調節(jié)器是以運算放為了克服這個缺點，常采用調節(jié)器校正。調節(jié)器是以運算放大器為基礎組成的。運算放大器的增益很高，可以很容易組大器為基礎組成的。運算放大器的增益很高，可以很容易組成并實現(xiàn)各種調節(jié)功能。成并實現(xiàn)各種調節(jié)功能。 速度反饋校正的主要作用是速度反饋校正的主要作用是：提高主回路的：提高主回路的靜態(tài)剛度，減小速度反饋回路內的干擾和非靜態(tài)剛度，減小速度反饋回路內的干擾和非線性的影響，提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度。線性的影響，提高系統(tǒng)的靜態(tài)精度。 加速度反饋校正的主要作用是加速度反饋校正的主要作用是：提高系統(tǒng)的：提高系統(tǒng)的阻尼。低阻尼是限制液壓伺服系統(tǒng)性能指標阻尼。低阻尼是限制液壓

21、伺服系統(tǒng)性能指標的主要原因，如果能將阻尼比提高到的主要原因，如果能將阻尼比提高到0.40.4以以上，系統(tǒng)的性能就可以得到顯著的改善。上，系統(tǒng)的性能就可以得到顯著的改善。 根據(jù)需要速度反饋和加速度反饋可以單獨使根據(jù)需要速度反饋和加速度反饋可以單獨使用，也可以聯(lián)合使用。用，也可以聯(lián)合使用。二、速度與加速度反饋校正二、速度與加速度反饋校正圖圖6-17為圖為圖6-4所示位置伺服系統(tǒng)加入速度與加速度反饋校正所示位置伺服系統(tǒng)加入速度與加速度反饋校正后的簡化方塊圖。利用測速發(fā)電機可以將馬達的轉速轉換為后的簡化方塊圖。利用測速發(fā)電機可以將馬達的轉速轉換為反饋電壓信號；在速度反饋電壓信號后面再接上微分電路或反饋

22、電壓信號；在速度反饋電壓信號后面再接上微分電路或微分放大器，就可以得到加速度反饋電壓信號。將速度與加微分放大器，就可以得到加速度反饋電壓信號。將速度與加速度電壓信號反饋到功率放大器的輸入端，就構成了速度與速度電壓信號反饋到功率放大器的輸入端，就構成了速度與加速度反饋。加速度反饋。假定伺服閥響應很快，把它看成比例環(huán)節(jié)，即假定伺服閥響應很快，把它看成比例環(huán)節(jié)，即KsvGsv(s) =Ksv ，則可得速度與加速度反饋校正回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為則可得速度與加速度反饋校正回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為11211/121221sKKKssKDKKUhhhhmsvagm。校正回路的開環(huán)增益，只有加速度反饋校正時；正回路

23、的開環(huán)增益，只有速度反饋校正時校mfasvamfvsvaDKKKKKDKKKKK1211 11211/121221sKKKssKKsHsGhhhhv。增益，系統(tǒng)未加校正時的開環(huán)iDKKKKKKmsvadevv/只有速度反饋校正時，只有速度反饋校正時，K2 =0。此時，速度反饋校正使位置系。此時，速度反饋校正使位置系統(tǒng)的開環(huán)增益降低為統(tǒng)的開環(huán)增益降低為Kv/(1+K1)，固有頻率增大為，固有頻率增大為h(1+K1)1/2 ，阻尼比下降為阻尼比下降為h /(1+K1)1/2 。開環(huán)增益的下降可以通過調整前。開環(huán)增益的下降可以通過調整前置放大器的增益置放大器的增益Ka加以補償。校正后的固有頻率和阻尼

24、比的乘加以補償。校正后的固有頻率和阻尼比的乘積等于校正前的固有頻率和阻尼比的乘積，阻尼比的減小恰好積等于校正前的固有頻率和阻尼比的乘積，阻尼比的減小恰好抵消了固有頻率的提高。因此，系統(tǒng)允許的開環(huán)放大系數(shù)沒有抵消了固有頻率的提高。因此，系統(tǒng)允許的開環(huán)放大系數(shù)沒有變化，但固有頻率的提高為系統(tǒng)頻寬的提高創(chuàng)造了條件。如果變化，但固有頻率的提高為系統(tǒng)頻寬的提高創(chuàng)造了條件。如果能通過其它途徑提高阻尼比，就可以提高系統(tǒng)的頻寬。能通過其它途徑提高阻尼比，就可以提高系統(tǒng)的頻寬。速度反饋校正在液壓馬達不動時不起作用，系統(tǒng)的開環(huán)增益等速度反饋校正在液壓馬達不動時不起作用，系統(tǒng)的開環(huán)增益等于未加校正時的的開環(huán)增益于未

25、加校正時的的開環(huán)增益Kv。當液壓馬達運動時才有反饋信。當液壓馬達運動時才有反饋信號，并使系統(tǒng)開環(huán)增益大幅度降低，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，號，并使系統(tǒng)開環(huán)增益大幅度降低，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，液壓馬達不動時的開環(huán)增益液壓馬達不動時的開環(huán)增益Kv可以取得很高，通常取可以取得很高，通常取Kv =40005000 1/s，使系統(tǒng)具有很高的靜態(tài)剛度。此外，由于，使系統(tǒng)具有很高的靜態(tài)剛度。此外，由于速度反饋回路包圍了功率放大器、伺服閥和液壓馬達等，而速速度反饋回路包圍了功率放大器、伺服閥和液壓馬達等，而速度反饋回路的開環(huán)增益又比較高，一般為度反饋回路的開環(huán)增益又比較高，一般為100200 1/s，所以，

26、所以被速度反饋回路包圍的元件的非線性，如死區(qū)、間隙、滯環(huán)以被速度反饋回路包圍的元件的非線性，如死區(qū)、間隙、滯環(huán)以及元件參數(shù)的變化、零漂都將受到抑制。及元件參數(shù)的變化、零漂都將受到抑制。只有加速度反饋校正時，只有加速度反饋校正時，K1=0。此時，系統(tǒng)的開環(huán)增益。此時，系統(tǒng)的開環(huán)增益Kv和固和固有頻率有頻率h均不變。阻尼比因均不變。阻尼比因K2而增加。因此增加而增加。因此增加K2可以顯著降可以顯著降低諧振峰值。降低諧振峰值降低，既可以提高穩(wěn)定性又可以使低諧振峰值。降低諧振峰值降低，既可以提高穩(wěn)定性又可以使幅頻特性曲線上移，從而提高系統(tǒng)的開環(huán)增益和頻寬。而開環(huán)幅頻特性曲線上移，從而提高系統(tǒng)的開環(huán)增益

27、和頻寬。而開環(huán)增益的提高又可以提高系統(tǒng)的剛度以及精度。增益的提高又可以提高系統(tǒng)的剛度以及精度。加速反饋提高了系統(tǒng)的阻尼，速度反饋提高了系統(tǒng)的固有頻率，加速反饋提高了系統(tǒng)的阻尼，速度反饋提高了系統(tǒng)的固有頻率，但降低了增益和阻尼。如果同時采用速度反饋和加速度反饋，但降低了增益和阻尼。如果同時采用速度反饋和加速度反饋，通過調節(jié)前置放大器增益通過調節(jié)前置放大器增益Kd，把系統(tǒng)的增益調到合適的位置，把系統(tǒng)的增益調到合適的位置，通過調整反饋系數(shù)通過調整反饋系數(shù)Kfv、 Kfa把固有頻率和阻尼比調到合適的數(shù)把固有頻率和阻尼比調到合適的數(shù)值，系統(tǒng)的動態(tài)及靜態(tài)指標即可以全面得到改善。值，系統(tǒng)的動態(tài)及靜態(tài)指標即可

28、以全面得到改善。設具有速度和加速度反饋校正的固有頻率與阻尼比分別為設具有速度和加速度反饋校正的固有頻率與阻尼比分別為h和和h ，則有，則有12112/21KKKhhhhhhh K1K2KfvKfa 采用壓力反饋和動壓反饋校正的目的是采用壓力反饋和動壓反饋校正的目的是：提：提高系統(tǒng)的阻尼。負載壓力隨系統(tǒng)的動態(tài)而變高系統(tǒng)的阻尼。負載壓力隨系統(tǒng)的動態(tài)而變化，當系統(tǒng)振動加劇時，負載壓力也增大。化，當系統(tǒng)振動加劇時，負載壓力也增大。如果將負載壓力加以反饋，使輸入系統(tǒng)的流如果將負載壓力加以反饋，使輸入系統(tǒng)的流量減少，則系統(tǒng)的振蕩將減弱，起到了增加量減少，則系統(tǒng)的振蕩將減弱，起到了增加系統(tǒng)阻尼的作用。系統(tǒng)阻

29、尼的作用。 可以采用壓力反饋伺服閥或動壓反饋伺服閥可以采用壓力反饋伺服閥或動壓反饋伺服閥實現(xiàn)壓力反饋和動壓反饋。也可以采用液壓實現(xiàn)壓力反饋和動壓反饋。也可以采用液壓機械網(wǎng)絡或電反饋實現(xiàn)壓力反饋和動壓反饋。機械網(wǎng)絡或電反饋實現(xiàn)壓力反饋和動壓反饋。 在圖在圖6-46-4所示的位置伺服系統(tǒng)中加上壓力反饋后的簡化方塊所示的位置伺服系統(tǒng)中加上壓力反饋后的簡化方塊圖，如圖圖，如圖6-186-18所示。圖中用壓差或壓力傳感器測取液壓馬所示。圖中用壓差或壓力傳感器測取液壓馬達的負載壓力達的負載壓力PL并反饋到功率放大器的輸入端，構成壓力并反饋到功率放大器的輸入端，構成壓力反饋。反饋。（一）壓力反饋校正（一）壓

30、力反饋校正 壓力反饋回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為壓力反饋回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)為12/22sssDKKUhhhmsvagmttemfpsvacemhtfpsvahhhVJDKKKKDJKKK22校正后的阻尼比， 1222sssKsHsGhhhv。系統(tǒng)的開環(huán)增益，iDKKKKKKmsvadevv/ 采用動壓反饋校正可以提高系統(tǒng)的阻尼，而又不降低系統(tǒng)的采用動壓反饋校正可以提高系統(tǒng)的阻尼，而又不降低系統(tǒng)的靜剛度。靜剛度。將壓力傳感器的放大器換成微分放大器，就可以構將壓力傳感器的放大器換成微分放大器，就可以構成動壓反饋，其方塊圖如圖成動壓反饋，其方塊圖如圖6-196-19所示。所示。 采用壓力反饋或動壓反饋提高系

31、統(tǒng)阻尼，同樣受局部反饋回采用壓力反饋或動壓反饋提高系統(tǒng)阻尼，同樣受局部反饋回路穩(wěn)定性的限制。當過高時，由于伺服閥等小參數(shù)的影響，路穩(wěn)定性的限制。當過高時，由于伺服閥等小參數(shù)的影響，局部反饋回路就會變得不穩(wěn)定。局部反饋回路就會變得不穩(wěn)定。（二）動壓反饋校正（二）動壓反饋校正 電液速度控制系統(tǒng)按控制方式可分為：電液速度控制系統(tǒng)按控制方式可分為：閥控閥控液壓馬達速度控制系統(tǒng)和泵控液壓馬達速度液壓馬達速度控制系統(tǒng)和泵控液壓馬達速度控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)。閥控馬達系統(tǒng)一般用于小功率系。閥控馬達系統(tǒng)一般用于小功率系統(tǒng)，而泵控馬達系統(tǒng)一般用于大功率系統(tǒng)。統(tǒng)，而泵控馬達系統(tǒng)一般用于大功率系統(tǒng)。 電液速度控制系統(tǒng)常用

32、于原動機調速、機床電液速度控制系統(tǒng)常用于原動機調速、機床進給裝置的速度控制以及雷達天線、炮塔、進給裝置的速度控制以及雷達天線、炮塔、轉臺等裝備的速度控制。在電液位置伺服系轉臺等裝備的速度控制。在電液位置伺服系統(tǒng)中也經(jīng)常采用速度局部反饋回路來提高系統(tǒng)中也經(jīng)常采用速度局部反饋回路來提高系統(tǒng)的剛度和減小伺服閥等參數(shù)變化的影響，統(tǒng)的剛度和減小伺服閥等參數(shù)變化的影響，提高系統(tǒng)的精度。提高系統(tǒng)的精度。6-4 6-4 電液速度控制系統(tǒng)電液速度控制系統(tǒng) 在圖在圖6-206-20是用伺服閥控制液壓馬達的電液速度控制系統(tǒng)。是用伺服閥控制液壓馬達的電液速度控制系統(tǒng)。如果忽略伺服放大器和伺服閥的動態(tài)，并假定負載為簡單

33、如果忽略伺服放大器和伺服閥的動態(tài)，并假定負載為簡單的慣性負載，則系統(tǒng)的方塊圖如圖的慣性負載，則系統(tǒng)的方塊圖如圖6-216-21所示。所示。一、閥控馬達速度控制系統(tǒng)一、閥控馬達速度控制系統(tǒng) 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12)()(220ssKsHsGhhh測速機增益。伺服閥流量增益；放大器增益；系統(tǒng)開環(huán)增益，fvsvamfvsvaKKKDKKKKK/00 系統(tǒng)開環(huán)伯德圖如圖系統(tǒng)開環(huán)伯德圖如圖6-22所示。在穿越頻率所示。在穿越頻率c處的斜率為處的斜率為- -40dB/10 40dB/10 octoct，因此系統(tǒng)相位裕量很小，特別是在阻尼比較小因此系統(tǒng)相位裕量很小，特別是在阻尼比較小時

34、更是如此。此系統(tǒng)雖屬穩(wěn)定，但是在簡化的情況下地出的。時更是如此。此系統(tǒng)雖屬穩(wěn)定，但是在簡化的情況下地出的。如果在如果在c和和h之間有其它被忽略的環(huán)節(jié)，這時穿越頻率處的之間有其它被忽略的環(huán)節(jié)，這時穿越頻率處的斜率將變?yōu)樾甭蕦⒆優(yōu)?60dB/10 -60dB/10 octoct或或-80dB/10 -80dB/10 octoct，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。系統(tǒng)將不穩(wěn)定。因此系統(tǒng)必須加校正才能穩(wěn)定。因此系統(tǒng)必須加校正才能穩(wěn)定。 實現(xiàn)校正的最簡單方法是在伺實現(xiàn)校正的最簡單方法是在伺幅閥前電子放大器電路中串接幅閥前電子放大器電路中串接一個一個RC滯后網(wǎng)絡，見圖滯后網(wǎng)絡，見圖6-236-23，其傳遞函數(shù)為其傳遞函數(shù)為

35、11sTuucio。時間常數(shù)，RCTTcchhhc)4 . 02 . 0(2ccKT0這類電液速度控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性是由動力這類電液速度控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性是由動力元件參數(shù)元件參數(shù)h、h和和K0決定的。決定的。h和和h一定時，可一定時，可根據(jù)前面的穩(wěn)定性條件確定穿越頻率根據(jù)前面的穩(wěn)定性條件確定穿越頻率c，根據(jù)誤根據(jù)誤差要求確定開環(huán)增益差要求確定開環(huán)增益K0，最后根據(jù)前面的公式確最后根據(jù)前面的公式確定校正環(huán)節(jié)的時間常數(shù)定校正環(huán)節(jié)的時間常數(shù)Tc ，再根據(jù)再根據(jù)Tc確定確定R和和C。由圖由圖6-256-25看出，校正后回路的穿越頻率比未校正看出，校正后回路的穿越頻率比未校正前要低得多。但是為了

36、保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不得前要低得多。但是為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不得不犧牲響應速度和精度。不犧牲響應速度和精度。采用采用RC滯后網(wǎng)絡校正的系統(tǒng)仍然是滯后網(wǎng)絡校正的系統(tǒng)仍然是0 0型有差系統(tǒng)。型有差系統(tǒng)。為了提高精度可采用積分放大器校正，是系統(tǒng)變?yōu)榱颂岣呔瓤刹捎梅e分放大器校正，是系統(tǒng)變成成型無差系統(tǒng)。型無差系統(tǒng)。泵控馬達速度控制系統(tǒng)有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。泵控馬達速度控制系統(tǒng)有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。（一）泵控開環(huán)速度控制系統(tǒng)（一）泵控開環(huán)速度控制系統(tǒng)如圖如圖6-266-26所示，變量泵的斜盤角由比例放大器、伺服閥、液壓所示，變量泵的斜盤角由比例放大器、伺服閥、液壓缸和位置傳感器組成的位置回路控

37、制。通過改變變量泵斜盤角缸和位置傳感器組成的位置回路控制。通過改變變量泵斜盤角來控制供給液壓馬達的流量，并以此調節(jié)馬達的轉速。這種控來控制供給液壓馬達的流量，并以此調節(jié)馬達的轉速。這種控制系統(tǒng)由于是開環(huán)控制，所以受負載和溫度變化的影響較大，制系統(tǒng)由于是開環(huán)控制，所以受負載和溫度變化的影響較大，控制精度較低?？刂凭容^低。二、泵控馬達速度控制系統(tǒng)二、泵控馬達速度控制系統(tǒng)如圖如圖6-276-27所示，它是在開環(huán)速度控制的基礎上，增加速度傳所示，它是在開環(huán)速度控制的基礎上，增加速度傳感器將液壓馬達的轉速進行反饋，構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)感器將液壓馬達的轉速進行反饋，構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用積分放大

38、器是為了構成中采用積分放大器是為了構成型無差系統(tǒng)。型無差系統(tǒng)。通常，由于變量伺服機構的慣性很小，液壓缸通常，由于變量伺服機構的慣性很小，液壓缸- -負載的固有頻負載的固有頻率很高，閥控液壓缸可以看成積分環(huán)節(jié)，變量伺服機構基本率很高，閥控液壓缸可以看成積分環(huán)節(jié)，變量伺服機構基本可以看成比例環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的動態(tài)特性主要由泵控液壓馬達的可以看成比例環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的動態(tài)特性主要由泵控液壓馬達的動態(tài)所決定。動態(tài)所決定。（二）帶位置環(huán)的泵控閉環(huán)速度控制系統(tǒng)（二）帶位置環(huán)的泵控閉環(huán)速度控制系統(tǒng)如果將圖如果將圖6-276-27中的變量伺服機構的位置反饋去掉，并將積分中的變量伺服機構的位置反饋去掉，并將積分放大器改為比

39、例放大器，可得到圖放大器改為比例放大器，可得到圖6-286-28所示的閉環(huán)速度控制所示的閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。因為變量機構中的液壓缸本身含有積分環(huán)節(jié)，所以放系統(tǒng)。因為變量機構中的液壓缸本身含有積分環(huán)節(jié)，所以放大器應采用比例放大器，系統(tǒng)仍為大器應采用比例放大器，系統(tǒng)仍為型無差系統(tǒng)。型無差系統(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等引起的靜差仍然存在。變量機構開環(huán)控制，閥零漂和斜盤力等引起的靜差仍然存在。變量機構開環(huán)控制，抗干擾能力差，易受零漂和摩擦等的影響?？垢蓴_能力差，易受零漂和摩擦等的影響。（三）不帶位置環(huán)的泵控閉

40、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)設閥控速度控制系統(tǒng)的原理圖和方塊圖如圖設閥控速度控制系統(tǒng)的原理圖和方塊圖如圖6-296-29所示。所示。三、速度控制系統(tǒng)計算舉例三、速度控制系統(tǒng)計算舉例 系統(tǒng)的開環(huán)增益為系統(tǒng)的開環(huán)增益為K0=0.05=0.05306030601010-6-61.251.2510106 6 3 31.75 = 1001.75 = 100 即即K0=40dB=40dB。 系統(tǒng)的開環(huán)伯德圖如圖系統(tǒng)的開環(huán)伯德圖如圖6-306-30所示。系統(tǒng)穩(wěn)定裕量為負，系所示。系統(tǒng)穩(wěn)定裕量為負，系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，采用圖統(tǒng)不穩(wěn)定。為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，采用圖6-316-31所示的積分放大所示的積分放大器進行校正。積分放大器的傳遞函數(shù)為器進行校正。積分放大器的傳遞函數(shù)為 Gc(s) = 1 / Ts T積分時間常數(shù)，積分時間常數(shù)，T = RC。取取T = 20，則，則 Gc(s) = 0.05 / s 加校正后的系統(tǒng)方塊圖和開環(huán)伯德圖如圖加校正后的系統(tǒng)方塊圖和開環(huán)伯德圖如圖6-326-32和圖和圖6-