第6章电液控制系统.ppt

第六章 电液伺服系统 6.1. 电液伺服系统的类型 6.2. 电液位置伺服系统分析 6.3. 电液伺服系统校正 6.4. 电液速度伺服系统分析 6.5. 电液力伺服系统分析 第六章 电液伺服系统 电液伺服系统综合了电气和液压两方面的特长，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理和各种参量反馈灵活等优点 电液伺服系统适合于负载质量大、响应速度快的场合，应用于国民经济和军事工业各个领域 6.1. 电液伺服系统的类型 按控制元件分：阀控、泵控 按输入与输出关系分：开环控制、闭环环控制 按输入指令分：模拟伺服系统、数字伺服系统 6.1.1模拟伺服系统 全部信号都是模拟量 信号可以是直流或交流 特点：重复精度高，分辨力较低（绝对精度低），精度很大程度取决于检测装置的精度，微小信号易受噪声和零漂影响 电液伺服系统分类 按输出参量分：位置控制、速度控制、力控制 6.1. 电液伺服系统的类型 6.1.2 数字伺服系统 数字伺服系统中部分或全部信号是离散参量 全数字系统中动力元件通过数字阀或电液步进马达能够接受数字量 数模混合系统利用D/A转换器将数字指令转换成模拟量输给控制元件，A/D转换器将输出的模拟量转换成数字量反馈到输入端进行比较 特点是分辨率高，绝对精度高、受噪声和零漂影响小 6.2. 电液位置伺服系统的分析 电液位置伺服系统是最基本和最常用的伺服系统 广泛用于机床工作台位置、轧机板厚、带材跑偏、飞机和轮船的舵机控制，雷达和火炮控制系统及振动试验台等 6.2.1 系统组成及其传递函数 自整角机作为角差检测装置 的位置伺服系统。 系统传递函数是各环节传递函数的组合 自整角机传递函数： 角误差 很小时 自整角机增益为： 6.2. 电液位置伺服系统的分析 相敏放大器传递函数： 相敏放大器频响很高，其动态相对液压动力元件可忽略，可看成比例环节。增益： 伺服放大器传递函数： 伺服放大器频响很高，是比例环节。增益： 伺服阀频宽3-5倍液压频率时， 伺服阀可近似为二阶振荡环节 伺服阀频宽5-10液压频率时， 伺服阀可近似为二阶振荡环节 电液伺服阀传递函数： 伺服阀频宽与液压频率相近时， 伺服阀可近似为二阶振荡环节 6.2. 电液位置伺服系统的分析 设不考虑弹性负载和结构柔度影响，阀控马达动态方程为： 式中 是齿轮传动比 于是可得系统方框图 伺服阀响应较液压动力元件快得多，可忽略阀的动态性，看作比例环节。系统开环传递函数简化为： 可得系统开环传递函数： 式中 开环增益 6.2. 电液位置伺服系统的分析 6.2.2 系统稳定性分析 简化后系统方框图 对应的开环传递函数与机液伺服系统的相同，系统稳定条件仍是： 通常要求系统有适当的稳定余量，相位余量应在30o～60o之间，增益余量20lgKg6db（或Kg2）Kg是谐振频率处的幅值比 通过适当的参数匹配保证系统的相位余量和增益余量 6.3. 电液伺服系统的校正 电液位置伺服系统性能主要由动力元件参数ωh 和ζh决定 单纯调节增益往往满足不了系统的全部性能要求，因此就要对系统进行校正 系统校正注意其特点： 液压位置伺服系统的开环传递函数通常简化为一个由比例环节、积分环节和二阶振荡环节的组合 液压阻尼比较小，致使增益余量不足而相位余量有余 参数变化大，阻尼比随工作点变动在很大范围内变化 可用滞后校正、速度与加速度反馈校正、压力反馈和动压反馈校正进行校正 6.3. 电液伺服系统的校正 6.3.1 滞后校正 滞后校正通过提高低频段增益，减小系统稳态误差 在保证系统稳态精度的条件下，降低高频段增益保证系统稳定性 滞后校正由电阻电容组成的无源网络实现 串接在前向通路的相敏放大器和功率放大器之间的直流部分中 传递函数为： 式中ωrc=1/RC:超前环节转折频率 R、C:电阻和电容，α1:滞后超前比 6.3. 电液伺服系统的校正 由于α1:滞后时间常数大于超前时间常数，网络具有纯相位滞后特征 滞后网络是一个低通滤波器，利用它的高频衰减性，在保证系统稳定的条件下提高系统的低频增益，改善系统稳态性能 或在保证系统稳态精度的条件下降低高频增益保证系统稳定性 滞后校正利用了高频衰减特性而非相位滞后 在阻尼比小的系统中，提高增益的限制因素是增益余量，而不是相位余量有余 前面的电液位置伺服系统加入 滞后校正后传递函数成为 式中KVC=αKv是校正后的速度增益 6.3. 电液伺服系统的校正 设计滞后网络确定参数步骤： 1）根据稳态误差要求确定速度增益Kvc 2）利用确定的Kvc画出伯德图（曲线2）检查相位和增益余量是否满足要求 3）不满足则确定新的增益穿越频率ωrc使 φc(ωc)=-180o+[γ+(5o～ 12o)]