液压伺服控制(机液伺服系统)课件

递函数式(3-18)中，因h很高而略去振荡环节，就成为
x p K q / Ap
xv
s
式中: Kq——阀的流量增益，Ap——小液压缸的活塞面积。
由此可见，用阀-缸组成的元件，不仅是放大元件，而且
还是一个积分元件。
28
3 (三)耗能元件——阻尼器
流量通过节流口，就消耗能量。所以用小液压缸及节流
器就组成液压阻尼器。
25
3 4.3.1 基本液压校正元件
校正元件主要由耗能、储能和放大等元件组成。
26
3 (一) 储能元件
最简单可靠的机械储能元件就是弹簧。它受力变形储存 能量，力撤消后复元而放出能量。另外，机械弹簧还是力-位 移转换元件，其线性好，工作可靠。
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3 (二)放大元件
阀缸组合就是最简单的放大元件。 作为校正元件，它所需要的功事必然远小于系统负载运 动时的功率，也就是作校正元件用的小液压缸必然远小于作 执行元件用的液压缸。 因此，小液压缸的质量可忽略不计。这样，阀控缸的传
第四章 机液伺服系统
4.1 机液位置伺服系统 4.2 结构柔度对系统稳定性的影响 4.3 液压校正与动压反馈 4.4 机液扭矩放大器
3
4.1 机液位置伺服系统
液压动力元件是一个开环控制系统。
如果将液压执行元件的输出位移反馈到放大元件的输入 位移，就可构成闭环机液 位置控制系统。
闭环机液 位置控制系统主要用于输出功率不大于10kW 的场合：
=g。
31
3
因为 所以
Q d 2v
4
p
150l d 4
Q
RQ
式中，R——节流小孔液阻，计算式为
R
150l d 4
活塞运动时的阻尼力F为
F Ap ARQ A2R dx B dx dt dt
式中 B为阻尼器的阻尼系数，计算式为 B A2R
(5-4)
(5-5) (5-6)
32
3 图5.1所示是阻尼器原理图，液压缸两侧充满油液而没有
xp
Kq Ap
xv
K ce A2
p
4
V
e
t
K ce
s
1
F
L
s
s2
2 h
2 h
h
1
(4-2)
6
3
Ki xi b
a+b
FL
K ce A2
p
4
V
e
t
K
ce
s
1
+
- xv Kq +
1
xp
-
Ap
B
s
s2
2 h
2
h h
s
1
Kf a
a+b
图4-2
7
3
GH
s
s2
2 h
KV
2 s
h
h
1
K
v
a
a
b
Kq Ap
a k
xi
b
xo
B
图5.4 液压滞后校正元件
36
3
根据力平衡方程
k( xi x0 ) B 经整理，上式可写为
如图5.1(a)，在活塞 运动过程中，活塞一侧 x
p2
p1
的液体将通过节流孔流
入另一侧，流量通过节
流 孔 而 产 生 压 力 降 p ，
p=p1p2 ， p 作 用 在 活塞面积A上就形成阻滞
活塞运动的阻尼力。
图5.1阻尼器结构原理图 (a)内阻尼器
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3 (三)耗能元件——阻尼器
流量通过节流口，就消耗能量。所以用小液压缸及节流
小型飞机的舵面、火炮瞄准机构、车辆转向、仿型机床 等控制场合。
2
3
xi
pS
（一）工作原理
xp ML
3
Ap
3
3
xi
xi
xv1
3
pS
xp ML
Ap
4
3
xi
pS
xp ML
3
Ap
5
3
xi
xv1 xv
xv2
xp
xv xv1 xv2
xv1
a
b
b
xi
xv2
a
a
b
x
p
xv
a
b
b
xi
a
a
b
x
p
(4-1)
(5-2)
取节流小孔的直径为d，长度为l，液体流过小孔时的平均流速为
v，节流小孔层流沿程阻力损失的计算式为
p
p1
p2
75 Re
l d
2
v2
式中 p1——阻尼活塞运动前方油腔压力；p2——阻尼活塞运动
背面油腔压力；Re——雷诺数，Re=vd/，其中，=/，为液
体动力粘度， 液体运动粘度， 为液体密度；——液体重度，
b
xp xi
s3
2 h
a Kv
2 h s2 h
s
Kv
(4-3)
8
3 (二)稳定性分析
用Routh判据判别稳定最为方便。闭环特征式为
s3
2 h
2 h s2 hsKv Nhomakorabea0
由Routh判据得系统的稳定条件为
Kv
2 h
2 h h
Kv 2 hh
(4-6)
9
3
4.2 结构柔度对系统稳定性的影响
10
3
11
3
12
3
13
3
14
3
15
3
16
3
17
3
18
3
19
3
20
3
21
3
22
3
4.3 液压校正与动压反馈
设计控制系统的主要问题是设法满足系统的动态和静态 要求。
为了提高静态精度，希望系统的增益高，但高增益的系 统又不易稳定。如果既要有高增益而又希望保证稳定，须在 模型中添加一些其它环节，为此目的而在系统中添加的元件 就是校正元件。
xi
B
xo k
图5.3 液压超前校正元件
34
3
阻尼系数B，力方程为
经过整理，可得
kx0
B( dxi dt
dx0 ) dt
x0 Bs Ts xi Bs k Ts 1
(5-8)
时间常数
TB k
(5-9)
如果时间常数很小，惯性环节项可略去，则(5-8)可近似 为纯微分环节。
35
3 4.3.3 液压滞后校正
器就组成液压阻尼器。
图 5.1(b) 中 的 节 流孔安置在缸外油路 中，称外阻尼器，其
p2
p1
x
工作原理与活塞上开
节流孔的内阻尼器完
全一样。
图5.1阻尼器结构原理图 (b)外阻尼器
30
3
令阻尼活塞的位移为x，阻尼活塞的面为A，通过节流小孔的流 量为Q，略去活塞径向间隙中的泄漏，就有
Q Adx dt
泄漏。实际中必然有泄漏，因此必须为阻尼缸充油。
如图5.2所示，阻尼缸可接通高压能源，也可接通回油油 路。
p2
p1
x
p2
p1
x
ps
图5.2有源阻尼器原理图 a)接能源，b)接油箱
33
3
4.3.2 液压超前校正
图 5.3 所 示 为 液 压 超 前 校正元件的结构原理图。
它由阻尼器及弹簧组成。 输入信号xi加在阻尼活塞上， 在阻尼缸体上取出输出信 号xo。
23
3
4.3 液压校正与动压反馈
4.3.1 基本液压校正元件 4.3.2 液压超前校正 4.3.3 液压滞后校正 4.3.4 反馈校正 4.3.5 静压反馈校正 4.3.6 动压反馈校正
24
3
校正元件一般都用电子元件。 因电子元件的信号的传输、运算都较简单、成熟，且 使用方便、可靠、精度高。 在电液控制系统中广泛应用电校正，但是在机液系统中 本来就没有电元件，若要采用电校正反而不方便，也有采用 非电校正方式的。如机械的、气功的或液压的校正元件。 由于液压系统中本来就有液压能源，再附加一些液压元 件作校正是很方便的。不过，机械元件都是有惯性的，时间 常数大于电校正元件。