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液压元件和系统设计
液压元件与系统设计 未经校正的电液力控制系统是一个零型系统,开环增益kv中有压力增益kp,因为流量伺服阀中kp很高,所以kv很大(为了保证稳定性要降低ka及kf,以降低kv)。阻尼系数?3很低,谐振峰值会超过零分贝线。为了系统稳定,需要校正。 通常在?2前加一个二阶惯性环节以保证稳定。 ?3与?2距离加大,当k很小而?1相对于其它频率很小时,可以把惯性环节看成是积分环节。 * * —— 液压系统设计 (第三讲) 电液控制系统设计 1 电液控制系统分类 按控制物理量分类 位置控制系统、速度控制系统、力控制系统 按液压控制元件控制方式的不同分类 阀控系统、泵控系统 根据输入信号形式和信号处理手段分类 数字控制系统、模拟控制系统、直流控制系统、交流控制系统、数模混合控制系统。 2 电液位置控制系统 特点:系统输出的位置同系统的输入量之间始终保持一定的比例关系。 1)电液位置控制系统组成和方块图 角度同步变压器机可以看作为比例环节: 交流放大和解调器同样视为比例环节: 伺服放大器的输入电压与输出电流近似成比例: 伺服阀的传递函数: 式中 i——马达轴与负载间齿轮传动比; TL——系统输出轴阻力矩; 只考虑惯性负载,则阀控马达的滑阀位移对马达输出转角的传递函数为 则系统的方块图为: 2)性能分析 A.稳定性分析 系统的开环传递函数为 式中 Kv——系统开环增益。 系统的开环传递函数为 式中 Kv——系统开环增益。 单位反馈时,系统的闭环传递函数为 利用劳斯判据可知,欲使系统稳定,需满足: Kv<2? h? h ? h值的计算不易准确又不易测定。一般取? h=0.1~0.2。所以系统稳定条件为 Kv<(0.2~0.4) ? h 为了防止系统中由于元件参数变化造成的影响,也为了得到满意的性能指标,一般相位裕量在30?~60? 之间,幅值裕量为6~12分贝。 故特征方程为: B.位置控制系统的闭环频率特性 系统的闭环传递函数为 分母的三次多项式可以分解为一个一阶因式和一个二阶因式的乘积: 闭环惯性环节转折频率的无因次曲线 ? b ? Kv 当?h和Kv/?h较小时, 当?h和Kv/?h较小时, ? nc ? ? h 当?h和Kv/?h较小时, 2? nc ?2? h—Kv/? h C.系统的精度分析 A) 静态误差 对于只有惯性负载的位置控制系统,对输入信号来说,系统的结构是I型。I型系统没有位置误差而只有速度误差。速度误差等于输入速度Vi被开环放大系数除,即 系统对于干扰信号的闭环传递函数为 此式称为系统闭环柔度特性,其倒数即为闭环刚度特性。 系统闭环静态刚度为 对于干扰信号TL来说,系统的结构是零型,干扰力矩引起位置误差为 B) 伺服阀死区和零飘引起的位置误差 如果伺服阀的死区、液压马达和负载摩擦的死区折合为电流误差?il,电液伺服阀的零飘为?i2,伺服放大器零飘折合到电液伺服阀为?i3;,这些因素引起的位置误差为 Ke、Kd、Kf——反馈取出点经反馈通路到伺服阀输入的增益。 C) 测量元件的误差 测量元件与负载连接,测量元件的固有误差、安装调试和校准误差会反映到输出轴上,其值假设为??a。 总位置误差为 D.位置控制系统的校正 A)串联滞后校正 作用:提高开环增益以提高精度,其传递函数为: 式中 ——超前环节的转折频率; ?——滞后超前比 ?>1。 典型滞后校正网络 校正后系统的开环传递函数为 加入滞后校正的位置系统开环波德图 一般要求: ?选择不超过10~20; Kg=10~20dB、?=40?~60?; ?c 位于?rc和?h之间的-20dB/dec区间。 参数选取方法: 当?c确定后,取?rc=(1/4~1/5) ?c,调整?rc 满足稳定裕量要求。 B) 速度及加速度反馈校正 反馈校正回路的闭环传递函数为 式中 K1——单有速度
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