液压伺服与比例控制系统第六章 电液伺服系统与比例系统
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《液压伺服与比例控制系统》
多媒体授课系统
燕山大学 《液压伺服与比例控制系统》
国家级精品课建设小组
第6章 电液伺服系统
本章摘要
•介绍电液伺服系统类型
•讲述了三种典型电液伺服系统（位置、速度、 力）的分析
•对电液伺服系统的校正方法加Fra Baidu bibliotek论述
6.1 电液伺服系统的类型
一、模拟伺服系统
在模拟伺服系统中，全部信号都是连续的模拟量。
分的增益? 4.开环增益、穿越频率、系统频宽之间有什么关系？ 5.未加校正的液压伺服系统有什么特点? 6.为什么电液伺服系统一般都要加校正装置，在电液位置伺服系
统中加滞后校正、速度与加速度校正、压力反馈和动压反馈校 正的主要目的是什么？ 7.电液速度控制系统为什么一定要加校正，加滞后校正和加积分 校正有什么不同? 8.在力控制系统中负载刚度对系统特性有何影响?影响了哪些参 数? 9.力控制系统和位置控制系统对伺服阀的要求有什么不同？为什 么?
该曲线反映了
伺服系统的响应能 力。系统响应的快 速性可用频宽表
示。幅值频宽是幅 值下降至-3dB时所 对应的频率范围； 相位频宽是相位滞 后90°时所对应的 频率范围。该图表 明，系统的频宽近 似于闭环惯性环节 的转折频率。
2. 系统的闭环刚度特性
系统的闭环刚度远远 大于系统的开环刚度，系统 的闭环刚度与开环放大系数 成正比。
除了速度误差和负载误差外，放大器，电液伺服阀的零 漂，死区以及负载运动时的静摩擦都要引起位置误差，该类 误差成为系统的静差。
经分析得，为了减小零漂和死区等引起的干扰误差，应 增大干扰作用点以前的回路增益（包括反馈回路的增益）。
6.3 电液伺服系统的校正
一 、 滞后校正
1. 滞后校正的特点 滞后校正的主要作用是通过提高低频段增益，减小系 统的稳态误差，或者在保证系统稳态精度的条件下，通过降 低系统高频段的增益，以保证系统的稳定性。
二、 数字伺服系统
6.2 电液位置伺服系统的分析
一 、系统的组成
二、 系统的稳定性分析
45o 20 lg K g 6dB
三、 系统响应特性分析
系统闭环响应特性包括对指令信号和对外负载力矩 干扰的闭环响应两个方面。
1.对指令输入的闭环频率响应
首先求得系统的闭环传递函数，然后通过用图表根 据开环参数求取具体的闭环参数，最后得到系统的闭环 频率响应曲线，从而得到系统的闭环频宽这一指标。如 图6-10所示。
图6-5可求得系统对外负载力矩的误差传递函数为
eL (s) =EL(s)= TL (s)
c (s)= TL (s)
K ce i 2 Dm 2
(1
+ Vt 4eK ce
s)
s2 s( 2
wh
+
2 h s
wh
+1)
+K
v
eL
( )
=lim
s 0
s
eL ( s ) T L ( s )
3. 零漂和死区引起的稳态误差
r ( s ) 1 +G ( s )
s2 s( 2
wh
+
2 h s +1) +K
wh
v
利用拉氏变换的终值定理，求得指令输入引起的稳态误差为
er ( ) =lim sEr (s) =lim ser (s) r (s)
s 0
s 0
2. 负载干扰力矩引起的稳态误差 由负载干扰力矩引起的稳态误差称负载误差。根据
2. 滞后校正举例
二 、速度和加速度校正
速度反馈校正的主要作用是提高主回路的静态刚 度，减少速度反馈回路内的干扰和非线件的影响，提高 系统的静态精度。
加速度反馈校正主要是提高系统的阻尼。
三 、 压力反馈和动压反馈校正
采用压力反馈和动压反馈校正的目的是提高系统的阻尼。
6.4 电液速度控制系统
四 、系统的稳态误差分析
1. 指令输入引起的稳态误差
稳态误差是输出量的希望值与它的稳态的实际值之 差。它由指令输入，外负载力干扰和系统中的零漂，死区 等内干扰引起。
结合稳态误差公式可得系统对指令输入的误差传递函数
为
er ( s ) = E r ( s ) =
1
=
s
(
s w
2
2 h
+2hs +1)
wh
电液速度控制系统按控制分式可分为：
1、阀控液压马达速度控制系统 2、泵控液压马达速度控制系统。
一 、阀控马达速度控制系统
二、 泵控马达速度控制系统
1. 泵控开环速度控制系统
2. 带位置环的泵控闭环速度控制系统
3. 不带位置环的泵控闭环速度控制系统
6.5 电液力控制系统
以力为被调量的液压伺服控制系统称为液压力控制系 统。
在工程实际中，力控制系统应用的很多，如材料试验 机、结构物疲劳试验机、轧机张力控制系统、车轮刹车装 置等都采用电液力控制系统。
一 、 系统组成及工作原理
二、 基本方程与开环传递函数
通过列写伺服阀传递函数以及阀控液压缸的三大基本 方程，可得力控制系统的方块图：
Ur + Ue Uf
I Ka
K G xv sv (s)
Xv
Kq
s2
K
ce
Ap
(
2
wm
+1)
(s wr
s2 +1)(
2
w0
+
2 0s w0
+1)
Fg
K fF
系统开环传递函数
s 2
G
(s
)H
(s
)=
K
0GSV
(s)
2 m
+1
r
+1⎟⎟s⎜20 ⎜+0s
2
s
2 0 +1
三、系统特性分析
思考题
1.考虑伺服阀的动态时，如何用频率法分析系统的动态特性？ 2.有哪些因素影响系统的稳态误差? 3.在电液伺服系统中为什么要增大电气部分的增益，减小液压部
《液压伺服与比例控制系统》
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燕山大学 《液压伺服与比例控制系统》
国家级精品课建设小组
第6章 电液伺服系统
本章摘要
•介绍电液伺服系统类型
•讲述了三种典型电液伺服系统（位置、速度、 力）的分析
•对电液伺服系统的校正方法加Fra Baidu bibliotek论述
6.1 电液伺服系统的类型
一、模拟伺服系统
在模拟伺服系统中，全部信号都是连续的模拟量。
分的增益? 4.开环增益、穿越频率、系统频宽之间有什么关系？ 5.未加校正的液压伺服系统有什么特点? 6.为什么电液伺服系统一般都要加校正装置，在电液位置伺服系
统中加滞后校正、速度与加速度校正、压力反馈和动压反馈校 正的主要目的是什么？ 7.电液速度控制系统为什么一定要加校正，加滞后校正和加积分 校正有什么不同? 8.在力控制系统中负载刚度对系统特性有何影响?影响了哪些参 数? 9.力控制系统和位置控制系统对伺服阀的要求有什么不同？为什 么?
该曲线反映了
伺服系统的响应能 力。系统响应的快 速性可用频宽表
示。幅值频宽是幅 值下降至-3dB时所 对应的频率范围； 相位频宽是相位滞 后90°时所对应的 频率范围。该图表 明，系统的频宽近 似于闭环惯性环节 的转折频率。
2. 系统的闭环刚度特性
系统的闭环刚度远远 大于系统的开环刚度，系统 的闭环刚度与开环放大系数 成正比。
除了速度误差和负载误差外，放大器，电液伺服阀的零 漂，死区以及负载运动时的静摩擦都要引起位置误差，该类 误差成为系统的静差。
经分析得，为了减小零漂和死区等引起的干扰误差，应 增大干扰作用点以前的回路增益（包括反馈回路的增益）。
6.3 电液伺服系统的校正
一 、 滞后校正
1. 滞后校正的特点 滞后校正的主要作用是通过提高低频段增益，减小系 统的稳态误差，或者在保证系统稳态精度的条件下，通过降 低系统高频段的增益，以保证系统的稳定性。
二、 数字伺服系统
6.2 电液位置伺服系统的分析
一 、系统的组成
二、 系统的稳定性分析
45o 20 lg K g 6dB
三、 系统响应特性分析
系统闭环响应特性包括对指令信号和对外负载力矩 干扰的闭环响应两个方面。
1.对指令输入的闭环频率响应
首先求得系统的闭环传递函数，然后通过用图表根 据开环参数求取具体的闭环参数，最后得到系统的闭环 频率响应曲线，从而得到系统的闭环频宽这一指标。如 图6-10所示。
图6-5可求得系统对外负载力矩的误差传递函数为
eL (s) =EL(s)= TL (s)
c (s)= TL (s)
K ce i 2 Dm 2
(1
+ Vt 4eK ce
s)
s2 s( 2
wh
+
2 h s
wh
+1)
+K
v
eL
( )
=lim
s 0
s
eL ( s ) T L ( s )
3. 零漂和死区引起的稳态误差
r ( s ) 1 +G ( s )
s2 s( 2
wh
+
2 h s +1) +K
wh
v
利用拉氏变换的终值定理，求得指令输入引起的稳态误差为
er ( ) =lim sEr (s) =lim ser (s) r (s)
s 0
s 0
2. 负载干扰力矩引起的稳态误差 由负载干扰力矩引起的稳态误差称负载误差。根据
2. 滞后校正举例
二 、速度和加速度校正
速度反馈校正的主要作用是提高主回路的静态刚 度，减少速度反馈回路内的干扰和非线件的影响，提高 系统的静态精度。
加速度反馈校正主要是提高系统的阻尼。
三 、 压力反馈和动压反馈校正
采用压力反馈和动压反馈校正的目的是提高系统的阻尼。
6.4 电液速度控制系统
四 、系统的稳态误差分析
1. 指令输入引起的稳态误差
稳态误差是输出量的希望值与它的稳态的实际值之 差。它由指令输入，外负载力干扰和系统中的零漂，死区 等内干扰引起。
结合稳态误差公式可得系统对指令输入的误差传递函数
为
er ( s ) = E r ( s ) =
1
=
s
(
s w
2
2 h
+2hs +1)
wh
电液速度控制系统按控制分式可分为：
1、阀控液压马达速度控制系统 2、泵控液压马达速度控制系统。
一 、阀控马达速度控制系统
二、 泵控马达速度控制系统
1. 泵控开环速度控制系统
2. 带位置环的泵控闭环速度控制系统
3. 不带位置环的泵控闭环速度控制系统
6.5 电液力控制系统
以力为被调量的液压伺服控制系统称为液压力控制系 统。
在工程实际中，力控制系统应用的很多，如材料试验 机、结构物疲劳试验机、轧机张力控制系统、车轮刹车装 置等都采用电液力控制系统。
一 、 系统组成及工作原理
二、 基本方程与开环传递函数
通过列写伺服阀传递函数以及阀控液压缸的三大基本 方程，可得力控制系统的方块图：
Ur + Ue Uf
I Ka
K G xv sv (s)
Xv
Kq
s2
K
ce
Ap
(
2
wm
+1)
(s wr
s2 +1)(
2
w0
+
2 0s w0
+1)
Fg
K fF
系统开环传递函数
s 2
G
(s
)H
(s
)=
K
0GSV
(s)
2 m
+1
r
+1⎟⎟s⎜20 ⎜+0s
2
s
2 0 +1
三、系统特性分析
思考题
1.考虑伺服阀的动态时，如何用频率法分析系统的动态特性？ 2.有哪些因素影响系统的稳态误差? 3.在电液伺服系统中为什么要增大电气部分的增益，减小液压部