《电液控制系统》PPT课件

电液伺服阀传递函数：
I Ug

Ka
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
K
G sv sv
(s)

Q0 I
(
s
K sv
)2 2 sv
s 1
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
sv
K svGsv
(S)

Q0 I
Ksv Tsvs 1
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
角误差 r c 很小时 sin(r c ) r c 自整角机增益为：
Uc
rc
Kc
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：
Ug Uc
Kd
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：
(s
rc
s 1)(s2h2
1)
2 h h
1)
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)] γ是要求的相位余量，增加5o～ 12o是为了
sv
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
KsvGsv (s)
Q0 I

K sv
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： m
式中 i m 是齿轮传动比
c

1 Dm
Q0

Kce iDm2
(1
Vt
4e Kce
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
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 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

s(
s2
h2
Kv
2 h h
1)
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：
Kv 2 hh
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20lgKg>6db（或Kg>2） 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
补偿滞后网络在ωc引起的相位滞后
4）选择转折频率ωrc:ωrc=(1/4～1/5) ωc
5）由Kvc=αKv= αωc确定α.通常α=10 图中曲线1为校正后幅频特性
s(
s2
h2

2 h h
s
1)
s)TL
于是可得系统方框图
可得系统开环传递函数：
G(s)H (s)

KvGsv (s)
s(
s2

2 h

2 h h
1)
式中 开环增益 Kv

Kc Kd Ka K sv iDm
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：G
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：Uc Ke sin(r c )
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：
s 1
Gc (s)

uo (s) ui(s)

rc s
1
rc
式中ωrc=1/RC:超前环节转折频率
R、C:电阻和电容，α>1:滞后超前比
6.3. 电液伺服系统的校正
由于α>1: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 G(s)H (s) 滞后校正后传递函数成为 式中KVC=αKv是校正后的速度增益

s( rc
K
vc
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