电液控制(第6章-电液伺服控制系统)

电液控制——郭世伟第6章电液伺服控制系统一、电液伺服系统概述1、电液伺服系统的特点、应用2、电液伺服系统的组成3、电液伺服系统的类型二、电液位置伺服系统应用最广泛在电液伺服系统中，除液压执行元件外，指令输入、检测反馈元件，甚至电液伺服阀都可近似为比例环节（电液伺服阀作何特性需视系统频宽及伺服阀频宽而定，在做基本分析时可作为比例环节）。这样，系统方框图就与机液位置伺服控制系统相同，系统的开环传递函数可看作比例积分加振荡环节，对机液位置伺服系统的分析及所得结果，对于简化后的未加校正的电液位置伺服系统也是适用的。（一）系统建模自整角机：相敏放大器：伺服放大器：伺服阀：阀控液压马达：齿轮减速箱传动比：系统开环传函求得为：简化方框图为：系统稳定性条件为：2vhhK为了保证系统稳定可靠地工作，具有满意的性能指标，一般要求：相位裕量，增益裕量大于3060oo20lg6gKdB进行分析设计（二）系统的稳定性分析对指令输入的闭环频率响应：（三）系统的响应特性分析对负载力矩的闭环频率响应：即闭环柔度特性即闭环刚度特性（四）系统的稳态误差分析1、指令输入引起的稳态误差系统对指令输入的误差传递函数：稳态误差为2、负载干扰力矩引起的稳态误差系统对外负载力矩的误差传递函数：稳态误差为3、零漂和死区等引起的稳态误差静摩擦力矩折算到伺服阀输入端的死区电流为：电液伺服阀的零漂和死区所引起的位置误差：设总的零漂和死区电流为Σ△I，则总的静态位置误差为：（五）电液伺服系统的校正电液伺服系统固有部分难以保证性能，需加校正，且校正方便，这也是其优点。1、串联校正滞后校正、超前校正、滞后-超前校正等。2、速度与加速度的反馈校正位置控制系统的校正方法之一是利用系统输出的速度、加速度量的补偿方法，需要增设品质优良、价格昂贵的速度、加速度传感器。采用速度（加）传感器测取输出（加）速度信号，反馈到伺服放大器，构成（加）速度负反馈。速度反馈可增加固有频率，利于提高系统性能，相当于可增加系统刚度，减小因零漂及负载扰动所引起的位置误差，但降低了开环增益和阻尼比。加速度反馈校正可使系统的增益和固有频率不变的情况下提高阻尼比。带有加速度和速度反馈的系统方框图同时具有速度、加速度反馈时，并适当调整前置放大器增益k1，具有两种反馈的优点。通过位置、速度、加速度的复合控制可拓宽系统频宽，提高响应快速性，改善精度。3、压力反馈和动压反馈校正压力反馈是电液伺服系统中易于实现的一种方法：采用压差或压力传感器测取液压缸的负载压降pL，反馈到伺服阀的输入端，构成压力反馈。压力反馈产生附加的流量-压力系数，它对系统稳定性的影响与阀的开口及液压缸泄漏是一样的，可提高和产生恒定阻尼，液压固有频率也有所提高，并可避免引起效率和受温度影响等弊病。但会导致开环增益稍有下降，开环、闭环刚度降低，干扰力误差增加。压力反馈校正的缺点可采用动压反馈校正的方法弥补。将压力传感器的放大器换为微分放大器，压力信号经微分校正装置输出给伺服阀，可构成为动压反馈。微分放大器的传递函数为：动压反馈校正可提高系统阻尼比，同时可保持频率和开环增益不变，系统刚度不变，系统的稳态误差特性不会下降。()1pfppTsGsTs带压力反馈系统简化方块图带压力微分反馈系统简化方块图压力反馈与压力微分系统的比较三、电液速度伺服控制系统输出量为速度，输入及反馈信号也为速度信号。前面已述，速度回路也可作为一个校正环节引入位置控制中，以提高系统的固有频率，改善系统性能。速度控制的方式有以下四种，可视功率大小而定。一般在小功率控制中，采用液压伺服阀与液压马达的组合，大功率时，采用变量泵与液压马达的组合。1、闭环阀控液压马达速度伺服系统频响快，效率偏低，多用于中小功率速度控制。2、开环泵控液压马达速度伺服系统直接由伺服变量泵控制液压马达，改变泵的斜盘倾角可控制供给液压马达的流量，以此来调节液压马达的旋转速度，有轴向柱塞泵斜盘的位置反馈，泵的输出流量精确。但没有速度闭环，易受负载、油温等变化的影响，难以得到准确的速度控制。3、位置和速度双闭环的速度系统同时具有轴向柱塞泵斜盘的位置反馈及速度闭环，马达的输出转速可得到准确控制。4、有速度闭环无位置闭环的速度控制系统去掉轴向柱塞泵斜盘倾角的位置控制回路，只保留马达速度信号的反馈回路。因液压缸已是一积分环节，具有积分作用，故不用积分放大器而仅用比例放大器。电液速度伺服控制系统的设计，有时要加校正环节。实用简单的校正方法是在前向通道的电子控制部分加RC校正网络。对于零型有差系统，为提高系统精度，在前向通道内可采用积分放大器校正（用运算放大器组成的积分运算器代替原来的比例放大器），使系统成为Ⅰ型无差系统。采用积分校正的速度控制系统模型与未校正的位置伺服系统模型相似。四、电液力控制系统电液力（或力矩）控制系统具有精度高、响应快、功率大、结构紧凑和使用方便等优点，得到越来越广泛的应用。如材料试验机、车轮刹车装置等。1、系统组成与工作原理电液力控制系统一般组成：指令输入装置，伺服放大器，伺服阀，液压缸，力传感器及受力对象等。所用的伺服阀可以是压力控制伺服阀或流量控制伺服阀，前者本身带有压力反馈，其压力增益特性平缓而线性，可用于开环和闭环压力控制，但制造调试复杂，较少使用；在系统要求较大流量时，一般采用后者。在力控制系统中，输出力（负载力）是被调节控制量，而位置、速度等取决于输出力和受力对象本身的状态。电液力控制系统原理图系统模型的建立。系统的稳定性分析负载刚度对力控制系统的稳定性有很大的影响。系统的响应速度由开环增益和惯性环节的时间常数所决定；穿越频率与负载刚度有关。系统的稳态精度未加校正的力控制系统是零型系统，可提高系统开环增益或采用积分校正变系统为Ⅰ型系统。在力控制系统中，负载是经常变化的，需要根据负载的变化随时调整回路增益和校正装置参数，以满足系统稳定性和响应速度的要求。思考：1、本章的系统校正与“第4章机液伺服系统”中的系统校正问题的区别。2、本章中的“位置、流量、压力反馈”与“第5章电液伺服阀”中的“位置、流量、压力反馈”的区别。