第五章电液位置控制系统.ppt

第5章 电液位置控制系统 前言 本章主要介绍液压位置控制系统的组成、工作原理、频率特性与时域特性分析、系统误差分析、设计原则及其校正方法等。要求学生熟练掌握液压控制系统的频率特性与时域特性分析，熟悉液压控制系统的设计原则和校正方法，学会利用SIMULINK完成液压控制系统的动态特性及其稳态跟踪误差的分析等。 液压控制系统中，位置控制系统是最常见的。由于液压位置控制系统具有高响应、高精度、高可靠性的优点，得到了各行业广泛的应用。 5.1 液压位置控制系统的组成与工作原理 同步机位置控制系统原理图 泵控液压马达位置伺服系统原理图 5.2 液压位置控制系统方框图与传递函数 双电位器位置控制系统方框图： 反馈电位器处： 电液伺服阀处： 如果动力机构固有频率较低，用一阶惯性环节描述。 固有频率较高，可选用比例环节描述 当系统没有弹性负载时，阀控液压缸动力机构传递函数为： 双电位器位置控制系统方块图 同步机位置控制系统方块图 位置伺服系统传递函数及其简化方框图 上述几种形式的位置控制系统进行分析，发现其开环传递函数具有相同的形式，而开环增益数值不同 双电位器位置控制系统开环增益： 同步机位置控制系统开环增益： 位置控制系统简化方块图 5.3 液压位置控制系统频率特性与时域特性分析 液压位置开环波德图 系统开环稳定判据 低频段与高频段渐近线交点的对数幅值为 当阻尼比 较小时，在频率 处有一个峰值，该峰值的幅值为： 根据系统稳定的条件得，液压位置控制系统的稳定判据为： 系统稳定判据作用 系统稳定判据最大限度限制了系统稳定的开环增益的最大值。 由于 ，因此同时限制了剪切频率的大小，限制了系统响应速度。 系统特征参数 由动力机构决定的，它可由动力机构的结构参数准确给出，而液压阻尼比 变化范围较大，很难准确求出。一般取0.1-0.2 5.3.2 闭环频率特性分析 系统对输入信号和对外干扰的闭环响应是液压位置控制系统两个重要的动态特性。 令干扰信号F=0，可求出输入信号Rp与输出信号Y之间的传递函数。 闭环系统传递函数 液压位置控制系统闭环频率特性 5.3.3 系统闭环柔度特性与刚度特性 液压位置控制系统输出位移对外负载力的闭环传递函数为： 闭环动态柔度表示式 上式即可称为闭环动态柔度特性。通常 闭环动态柔度特性可近似表示为： 式中， ，称为闭环动态柔度系数。该数值很小。 液压位置控制系统闭环动态柔度特性SIMULINK仿真模型 闭环动态柔度 闭环动态刚度 与图3.7相比，闭环动态刚度要比开环动态刚度大得多 当 ，得闭环系统稳态柔度： 5.3.4 液压位置控制系统的时域特性分析 系统阻尼比 对系统动态特性的影响 系统开环增益 对系统动态特性的影响 5.3.5 SIMULINK仿真平台动态分析 例5.1 设有位置控制系统，闭环方框图如图。求该系统的剪切频率、幅值裕度、相位裕度、闭环频带宽度 液压位置控制系统SIMULINK仿真模型 液压位置控制系统开环波德图 液压位置控制系统闭环频率特性 例5.2 有液压位置控制系统，闭环方框图如图： 5.4 液压位置控制系统误差分析 控制系统误差包括稳态误差和静态误差。 稳态误差是系统动态误差特性，当时间t -∞时的误差，描述控制系统对输入信号和对干扰信号稳态时的误差。稳态误差可根据误差传递函数求出。 静态误差是指由控制系统所构成的元器件本身精度造成的误差，包括动力机构死区误差、电液伺服阀和伺服放大器零漂误差、测量元件的零位误差等。它与时间无关，没有动态过程。 5.4.1 液压位置控制系统的稳态误差 稳态误差包括对输入信号的稳态误差和对干扰信号的稳态误差： 由此可知，要提高控制系统的稳态精度，系统必须具有足够的开环增益Kv。 5.4.2 液压位置控制系统静态误差 由动力机构死区及伺服阀死区产生： 由伺服阀死区电流引起的： 续前） 伺服阀与放大器零漂产生的静态误差： 测量元件零位误差 总的静态误差为： 例题(作业) 如下图所示液压位置伺服系统，已知： ， ， ， 。 求： 1)系统临界稳定状态时的放大器增益 多少? 2)当 时，系统作 m/s等速运动时的位置误差为