液压系统建模方法.ppt

WUST 第十章 液压控制系统建模方法 （杠杆比较反馈） Vi Vo Ve 指令 电压 扰 动 放大器 负载 Vo + Vi Ve -Ao 串联电阻比较，反相输入 Vo Vi Ve Ri Rf Vi Vo 放大器的实际接线 调零 倍数调整 负电源 正电源 液压放大元件有两种： “泵类”--变量泵 “阀类”--伺服阀 第六节 液压放大元件 三极管是电放大器（电控开关），由小基极电流控制大的发射极电流 可控电阻 固定桥臂 控制输入 控制输出 可控电阻 固定桥臂 可控电阻 固定桥臂 伺服阀是液压放大器(液控开关)，由小功率驱动阀芯，可以控制大功率的阀口流量。 可控电阻 固定桥臂 被控对象 可控液阻 被控对象 固定桥臂 控制输入 输出流量 放大元件 输出流量 控制输入 伺服阀本质上是含可变液阻的液压桥路，它能通过小功率输入信号(位移)，控制大功率的流量(压力)的输出。 阀类液压放大元件的分类: 单阀口放大元件——用于溢流阀等普通液压元件的控制； 半桥三通式放大元件——多用于比例或先导（单作用缸）控制； 全桥四通式放大元件——多用于伺服（双作用缸）控制。 1. 按桥路分类: 滑阀式、锥阀式、喷嘴挡板阀 2. 按阀芯结构: 表示阀输出流量、压力及开口面积三者关系的方程叫阀的特性方程， 只研究稳态关系就叫做静特性。 阀 阀 流量控制阀 压力控制阀 压力扰动 流量扰动 式中: 阀口通流面积； 阀口前、后压差； 流量系数=0.6； 液体密度。 对于各种滑阀、锥阀、球阀、节流孔口，通过阀口的流量均可用下式表示： 负载 放大元件 控制输入 输出流量 负载流量 控制输入 输出流量 扰动输入 扰动输入 放大元件 负载流量 放大元件 Kq Kc Kq Kc Kq Kc Kq Kc 放大元件 Kq Kc 阀 流量控制阀 压力扰动 阀 压力控制阀 流量扰动 液压动力元件由放大元件和执行元件（缸-马达）构成。 执行元件是将输入液压功率转换成机械功率的机—液耦合（换能）元件，其模型类似于变压器。 pS T xv QL 理想液压缸的数学模型 理想油缸PQ=Av 广义回路 理想油缸 数学模型 控制输入 控制输出 控制输入 控制输出 阀 缸 阀 不计泄漏和压缩时动力元件的方框图 它是一个积分环节 流量放大 液压——机械能量转换 Kq Kc Kq Kc 等价动态物理模型 动态数学模型 基本方程 1、放大器的线性化流量方程 机械阻抗 液压阻抗 液压阻抗+理想油缸+机械阻抗 实际油缸 理想油缸 实际液压缸的阻抗分离 M M 2、油缸的液压阻抗及流量连续性方程 方框图简化 M 理想油缸 理想油缸 理想油缸 理想油缸 M 机械阻抗 缸液压阻抗 放大元件 MS M 惯性阻抗 惯性阻抗 弹性阻抗 阻尼 液压容积可等效为机械弹簧Kh H 理想放大元件 油缸与阀阻抗构成的振荡环节 理想油缸 速度增益 （质量+液压弹簧 +泄漏）振荡 速度积分变位移 控制传递函数 M M 液阻、液容均可等效成机械阻尼和弹簧 液压阻抗等效成机械阻抗 这是一个弹簧质量振荡系统 液压动力元件实际上就是一个开环控制系统 用被控位移与指令位移相比较后的误差信号去控制液压放大元件，就可构成闭环位置控制系统。 也就是说，在开环控制的基础上，通过负反馈装置—即比较元件+测量反馈元件就可以构成闭环液压控制系统。 如果比较反馈元件由机械元件充当，则称为“机液伺服系统”，以区别于电反馈系统。 “机液伺服系统”广泛的应用于飞机舵面控制、火炮瞄准机构操纵、车辆转向控制、仿形机床以及伺服变量泵等处。 * 控制相关专业研究生选修课程 系统建模方法 马宏军 东北大学 信息学院 控制理论与导航技术研究所 2013年3月 逸夫楼203 图1-3 双电位器电液位置伺服系统 一、采用电压比较的液压工作台位置控制系统 传感器1 被控对象 传感器2 比较元件 执行元件 放大元件 指令元件 控制系统组成： 被控对象 指令元件 比较元件 指令传感器 反馈传感器 动力元件(阀.缸) 扰 动 指令 电位器 反馈 电位器 伺服阀 液压能源 I 液压缸 电放大 Ka I Ui E - 电压 比较 UP Ka 被控 工作台 XP 工作台 指令 位移 Xi 液压动力元件 放大元件 二、采用电压比较的电动工作台位置控制系统 执行元件 放大元件 传感器1 被控对象 传感器2 比较元件 指令元件 电动力元件 扰 动 指令 电位器 反馈 电位器 可控硅 电源 I 电放大 Ka E Ui E - 电压 比较 UP Ka 被控 工作台 XP 工作台 指令 Xi 电机 控制系统组成： 被控对象 指令元件 比较元件 指令传感器 反馈传感器 动力元件(可控硅\电机） 将液压动力元件（伺服阀、缸）换成电动力元件（可控硅与电动机）