液压控制系统的分析与设计PowerPoint-7

确定控制方案时应考虑:
1) 采用开环控制还是闭环控制 要求结构简单、造价低、
控制精度不需很高的场合宜采用开环控制。反之，对
外界干扰敏感、控制精度要求高的场合宜采用闭环。
2) 采用阀控还是泵控 凡是要求响应快、精度高、结构
简单，而不计较效率低、发热量大、参数变化范围大
的小功率系统可采用阀控方式。反之，追求效率高、
负载速度和最大负载力是同时出现的。则伺服阀空载
流量为
q0m 3Apxpm
➢ 这种近似的计算方法偏于保守，计算出的活塞面积和 伺服阀空载流量偏大，系统功率储备大。
➢ 另一种方法是按最大负载力确定液压缸活塞面积，然 后按负载最大功率点的速度或最大负载速度确定伺服 阀的空载流量，根据两者中. 的较大值选择伺服阀。 10
6) 选择液压能源。
➢ 在设计过程中，以上各步骤实际上是交叉和反复进
行的，直至获得满意结果. 为止。
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一、明确设计要求
➢ 在设计时，首先要根据主机要求明确设计任务，包 括：
1) 明确被控制的物理量是什么，是位置、速度、力还 是其它物理量。控制规律是恒值控制还是随动控制。
2) 明确负载特性，即负载的类型、大小和负载的运动 规律。确定负载最大位移、最大速度、最大加速度、 最大消耗功率及控制范围等。
配的图解法和负载最佳匹配的解析法两种。按负载匹
配确定执行元件的主要规格尺寸和伺服阀空载流量，
系统效率较高，适合于较大功率的伺服系统。
2.按最大负载力和最大负载速度确定
➢ 工程上常用近似计算的方法确定执行元件的主要规格
尺寸和伺服阀空载流量。
➢ 按最大负载力FLmax确定执行元件的规格尺寸，并限定
伺服阀的负载压力PL≤2ps /3，则液压缸的有效面积为
A pF L p m L a x 2 3m t x p . B px p psKp xF L
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➢ 对系统的典型工作循环加以分析，可以确定最大负载
力FLmax。但作工作循环图是比较麻烦的，有时难以确 定。作为近似计算，可以认为各类负载力同时存在，
且为最大值。
➢ 伺服阀空载流量可按最大负载速度确定，并认为最大
噪声较低。在条件允许时，通常还是选用较低的供油
压力。
➢ 在一般工业的伺服系统中，供油压力可在2.5～14MPa 的范围内选取，在军用伺服系统中可在21～32MPa的
范围内选取。
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(二)液压执行元件主要规格尺寸和伺服阀 空载流量的确定
1.按负载匹配确定
➢ 有关内容在第三章第五节中已经叙述。这里有负载匹
的一个主要内容。动力元件参数选择包括
系统的供油压力ps，液压执行元件的主要 规格尺寸，即液压缸的有效面积Ap或液压 马 达 的 排 量 Dm ， 伺 服 阀 的 最 大 空 载 流 量 Q0m。当选择液压马达作执行元件时，还 应包括齿轮传动比i的选择。
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(一)供油压力的选择
➢ 选择较高的供油压力，可以减小液压动力元件、液压
4) 采用机液伺服还是电液伺服。
➢ 控制方案决定以后，就可以构成控制系统职能方块 图，从原理上满足系统设计的要求。在构成职能方 块图时，还要考虑输入信号发送器和反馈传感器的 形式。因为输入信号和反馈信号的形式不同，系统 电子部分的方块结构也不同。
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三、确定液压动力元件参数， 选择系统元件
➢ 液压动力元件参数的选择是系统静态设计
3．按液压固有频率确定执行元件的主要规格尺寸
➢ 在负载很小并要求有较高的频率响应时，可按液压固 有频率确定执行元件的规格尺寸。液压缸活塞面积为
Ap
Vt mt
4e
h
➢ 液压固有频率可按系统要求频宽的5～10倍来确定。 按液压固有频率确定的执行元件规格尺寸一般偏大， 系统功率储备大。
➢ 选择阀控液压马达的参数时，只要将上述计算公式中
5) 明确工作环境，如环境温度、周围介质、环境湿 度、外界冲击与振动、噪声干扰等。
6) 其它要求，如尺寸重量、可靠性、寿命及成本等。
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二、拟定控制方案，画出系统原理图
➢ 伺服系统的控制方案主要是根据被控物理量类型、控
制功率的大小、执行元件运动方式、各种静、动态性
能指标值以及环境条件和价格等因素考虑决定的。在
能源装置和连接管道等部件的重量和尺寸，可以减小
压缩性容积和减。但执行元件主要规
格尺寸(活塞面积和液压马达排量)减小，又不利于液
压固有频率提高。
➢ 选择较低的供油压力，可以降低成本，可以减小泄漏、
减小能量损失和温升，可以延长使用寿命，易于维护，
发热量小、温升有严格限制、参数量值比较稳定，而
容许结构复杂些、价格高些、响应低些的大功率系统
可采用泵控方式。
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3) 执行元件采用液压缸还是液压马达 在选择执行元 件时，除了运动形式以外，还需考虑行程和负载。 例如，直线位移式伺服系统在行程短、出力大时宜 采用液压缸，行程长、出力小时宜采用液压马达。
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§7-1 液压伺服系统的设计步骤
➢ 系统的设计步骤大致如下：
1) 明确设计要求。
2) 拟定控制方案，画出系统原理图。
3) 静态计算：确定动力元件参数，选择系统组成元件。
4) 动态计算：确定系统组成元件的动态特性，画出系 统方块图，计算系统稳定性、响应特性和静态精度。
5) 校验系统动、静态品质，需要时对系统进行校正。
第七章 液压伺服系统设计
➢ 工程上常用频率法设计液压伺服系统，这是 一种试探法。根据技术要求设计出系统以后， 需要检查所设计的系统是否满足全部性能指 标。如不能满足，可通过调整参数或改变系 统结构(加校正)等方法，重复设计过程，直 至满足要求为止。因为设计是试探性的，所 以设计方法具有较大的灵活性。
3) 控制精度的要求：由指令信号、负载力引起的稳态
误差；由参数变化和元件零漂引起的静差；非线性
因素(执行元件和负载的摩擦力，放大器和伺服阀
的滞环、死区，传动机构的间隙等)引起的误差等。
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4) 动态品质的要求：相对稳定性可用相位裕量和增 益裕量、谐振峰值或超调量等来规定。响应的快 速性可用穿越频率、频宽、上升时间和调整时间 等来规定。
换FL 成ma、 xx pma、 xAp、 mt 就可TL 以m得a 、 x 相 m 应、 的D 计m 、 算J公t 式。
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(三)伺服阀的选择