汽轮机电液位置伺服系统的设计与仿真

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电液伺服系统详解

电液伺服系统
电液伺服系统
系统组成：由EH供油系统、电液执行器、保护系统和试验模块
汽轮机数字电液控制系统
Digital Electro-Hydraulic Control System
EH供油系统向电液执行器提供符合压力要求和清洁度、酸度等品质要求的安全、可靠、稳定的液压油。由高压油泵、过滤器、再生装置、冷油器EH油箱、高压蓄能器、低压蓄能器等组成。电液执行器主汽门和调节汽门的执行调节器。有电液伺服阀和电磁阀2种控制方式，前者为位置连续调节，后者为开、关2 种状态。保护系统 “2取1”带电动作OPC电磁阀，“4取2”失电动作电磁阀，及试验回路。超速保护控制和自动停机遮断，前者用于超速预警和保护，后者用于事故工况下紧急停机。试验模块低润滑油压、低EH油压、推力轴承磨损、低真空等试验系统。油路系管路、OPC保护油路或AST停机油路、低压回油油路和无压回油油路。前3种与电液执行器相连，保护系统的回油经无压回油油路直接排至主油箱。
EH油系统运行
EH油系统概述随着大容量、高参数汽轮发电机组的发展，机组调节系统工作介质的额定压力随之升高，对其工作介质的要求亦越来越高。通常所用的矿物油自燃点为350℃左右，若在高参数大容量机组使用，便增加了油泄漏到主蒸汽管道(＞530℃)导致火灾的危险性。为保证机组的安全经济运行，汽轮机电液调节系统的控制液普遍采用了磷酸酯抗燃油。
柱塞变量油泵

系统采用进口高压变量柱塞泵，并采用双泵并联工作系统，当一台泵工作，则另一台泵备用，以提高供油系统的可靠性，二台泵布置在油箱的下方，以保证正的吸入压头。由交流马达驱动高压柱塞泵，通过油泵吸入滤网将油箱中的抗燃油吸入，从油泵出口的油经过压力滤油器通过单向阀流入和高压蓄能器联接的高压油母管将高压抗燃油送到各执行机构和危急遮断系统。泵输出压力可在0－21MPa之间任意设置。本系统允许正常工作压力设置在11.0～15.0MPa，本系统额定工作压力为 14.5MPa。油泵启动后，油泵以全流量约85 L/min向系统供油，同时也给蓄能器充油，当油压到达系统的整定压力14.5MPa时，高压油推动恒压泵上的控制阀，控制阀操作泵的变量机构，使泵的输出流量减少，当泵的输出流量和系统用油流量相等时，泵的变量机构维持在某一位置，当系统需要增加或减少用油量时，泵会自动改变输出流量，维护系统油压在14.5MPa。当系统瞬间用油量很大时，蓄能器将参与供油。

电液位置伺服控制系统实验

2
s2
2.834 2 0.866 1 2 s s s 1 2 14 .726 14 .726
正常参数时的ωc=2.78， ωh=14.8，Kg=19.1
增大Ki
正常参数
C (s) 4.611 R( s) 1 2 0.866 2 s 14 .726 2 s 14 .726 s 1
斜坡输入1
正弦输入
正弦输入，幅值5，频率1
正弦输入，幅值5，频率2.95
3 液压系统原理
压力传感器2
伺服缸
压力传感器3
平衡阀电磁换向阀
蓄能器
电液伺服阀压力传感器1
流量计2
流量计1 精滤器电磁溢流阀
电机泵组
M
粗滤器精滤器
4 系统控制原理
数据采集
参考输入
控制器
数模转换
功率放大
伺服阀
伺服缸
K i 73.746 KV 2.834 K d 1 26.022
K d1 h 代入系数得到 K d 1 26 .022 14 .726 h a a 0.12 (b K d 2 ) (b K d 2 ) (0.2 2.861) h h 0.866 2 K d1 a 2 K d 1 a 2 26.022 0.12
mmax 为能量输出单元在线性范围内的最大值
r0,ml 为输入信号在线性范围内的最大值
阶跃输入2.5
阶跃输入5
阶跃输入9
阶跃输入12
系统开环传递函数
KV C (s) R(s) 1 2 2 h s 2 s s 1 h h
Ki KV K d1
2）阀控缸微分方程

电液伺服系统综合负载模拟器仿真与试验研究

收稿日期：２０１２ — １２ — ２１
① 未考虑伺服系统安装结构柔度和负载柔性对振动
作者简介：延皓（１９７９一），男，山西晋城人，讲师，博士，主要
从事液压技术方面的科研和教学工作。
论应用到了负载模拟器中，设计可在线调整的鲁棒控制器，提高加载精度。
有关电液式负载模拟器的研究主要有以下不足：
构用来完成常值负载，而由于惯性负载相对较大且对滞后敏感，故采用实际的惯量调整机构来模拟。惯性
合负载模拟器，能够同时模拟惯性、弹性、摩擦以及常
值四种负载。导出该系统的完整数学模型，进行仿真
和实验研究，验证环境模拟的可行性并探讨加载系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ统
多余力抑制的方法。１负载模拟器工作原理
特性的影响； ② 对含柔性环节的伺服系统进行液压
５０
液压与气动
（３）伺服阀的流量方程：
ＱＬ＝Ｋ。一Ｋｃｐ式中，Ｑ — — 负载流量
的负载模拟器评价指标体系＿３Ｊ。而采用先进控制理
论来研制满足需求的电液式负载模拟器一直是本领域的前沿课题Ｊ。近年来，研究集中在将反馈控制理
刚度调整机构用来模拟伺服机构的柔性安装基础，摩擦力矩加载装置用来实现摩擦负载，加载伺服机

模型参考自适应电液位置伺服系统仿真

示。图中参考模型是一个具有期望动态指标的参考
模型，这个模型是根据期望的系统动态指标选择的。自适应控制的目标是使被控系统（非对称缸）的输出渐近一致地跟随参考模型的输出，使系统要求的动态指标得以实现，即使自适应控制误差渐近
关键词：ＳＩＭＵＬＩＮＫ；自适应控制；非对称缸；仿真
中图分类号：Ｓ７７６；ＴＰ２７１．３１
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１ — ００５Ｘ（２０１３）０２－００６８— ０６
ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＡｄａｐｔｉｖｅＥｌｅｃｔｒｏ－Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ
ＳｅｒｖｏＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＳｉｍｕｌｉｎｋＭｏｄｅｌ
ｐｅｒｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｓｙｍｍｅｔｒｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒａｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｍｏｄｅｌ，ａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｉＴｏｒｅｑｕａｔｉｏｎｓｍｏｄｅｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．ＳＩＭＵＬＩＮＫｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｖｅｒｃａｍｅｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｗｅｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｇｒｅａｔｌｙ．

电液控制-机液伺服系统

四、液压转矩放大器
Hale Waihona Puke 反馈机构为螺杆、螺母液压马达轴完全跟踪阀芯输入转角而转动。但输出力矩比输入力矩要大得多，故称液压转矩放大器。
电液步进马达
以惯性负载为主时，可分析得
方框图为：
则系统方框图为：
§系统稳定性分析
液压伺服系统的动态分析和设计一般都是以稳定性要求为中心进行的。
令G(s)为前向通道的传递函数，H(s)为反馈通道的传递函数，由以上的方框图可得系统的开环传递函数为：
含有一个积分环节，故系统为Ⅰ型系统。
可绘制开环系统伯德图，如下图所示：
对伯德图的分析
幅值穿越频率ωc≈Kv 相位穿越频率ωc=ωg 为了使系统稳定，必须有足够的相位裕量和增益裕量。由图可见，相位裕度已为正值，为使幅值裕度为正值，可计算求得要求： K 2
与全闭环系统相比，半闭环系统的稳定性好得多，但精度较低。
综上所述，由于结构柔度的影响，产生了结构谐振和液压谐振的耦合，使系统出现了频率低、阻尼比小的综合谐振，综合谐振频率ωn和综合阻尼比ξn常常成为影响系统稳定性和限制系统频宽的主要因素，因此提高具有重要意义。提高ωn 就需要提高结构谐振频率ωs，就要求负载惯量减小（但已由负载特性决定），结构刚度增大（提高安装固定刚度和传动机构刚度，尤其是靠近负载处的传动机构的结构刚度）。增大执行元件到负载的传动比，可提高液压固有频率；提高液压弹簧刚度的方法也可提高液压固有频率，从而提高综合谐振频率。
反馈从活塞输出端Xp取出时，构成为半闭环系统，其方框图为：
此时系统开环传函中含有二阶微分环节，当ωs2和ωn靠得很近时，会有零极点相消现象，使综合谐振峰值减小，从而改善系统稳定性，如曲线b所示。系统闭环传函为：

电液伺服系统

蓄能器
❖ 一个气—液式高压蓄压器装在油箱的旁边，用来维持系统的压力，减小压力波动。此蓄压器一侧预先充进的氮气压力与另一侧油系统中的油压相平衡。此蓄压器块上有一个截止阀，此阀能将蓄压器与系统隔绝，以进行试验、重新充气或维修。蓄压器氮气一侧有一个压力表，用以检查充氮压力
蓄能器
EH油系统的运行操作
❖ EH油泵出口滤网前后差压高报警
❖ 低于9.31 Mpa（g）汽轮机跳闸（63/LP）自动停机
❖ EH油压力回油压力高回油压力报警 0.21MPa
EH油系统常见故障
❖ 1 系统压力下降，个别调门无法正常开启； ❖ 2 油动机卡涩，调门动作迟缓，有时泄油后不回座； ❖ 3 在开关调门过程中发生某个调门不规则频繁大幅度摆动，
同程度的腐蚀，在滑阀凸肩、喷咀及节流孔处腐蚀尤为严重。
❖ d 电液转换器滑阀两侧压力偏差大: 油中杂质堵塞电液转换器的喷咀；磨擦、酸性腐蚀造成滑阀的凸肩、滑块与滑座之间磨损，使滑阀相对与滑座之间的间隙加大，使漏流量增加；酸性油液对喷咀室、通道及节流孔等的腐蚀，改变了滑阀两侧的压力。
❖ e LVDT线性电压位移转换器故障，电液转换器机械零位不准等
EH油系统运行
❖ EH油系统概述 ❖ 随着大容量、高参数汽轮发电机组的发展，
机组调节系统工作介质的额定压力随之升高，对其工作介质的要求亦越来越高。通常所用的矿物油自燃点为350℃左右，若在高参数大容量机组使用，便增加了油泄漏到主蒸汽管道(＞530℃)导致火灾的危险性。为保证机组的安全经济运行，汽轮机电液调节系统的控制液普遍采用了磷酸酯抗燃油。
❖ 在机组预启动期间，EH油系统应进行升温、升压。液压油的正常运行温度是49℃ （38℃～60℃），虽然允许系统可以在21℃ 油温下操作，但不推荐低于21℃油温下运行，严禁在10℃下运行。因此预启动的第一步是对油升温。采用浸入式加热器升温

电液比例位置系统复合控制及相关研究

电液比例位置系统复合控制及相关研究一、概述电液比例位置系统作为现代工业控制领域的重要组成部分，广泛应用于各种机械设备和自动化生产线中。

该系统通过电液转换装置将电信号转换为液压动力，实现对执行机构的位置、速度和力等参数的精确控制。

随着工业技术的不断发展，对电液比例位置系统的性能要求也越来越高，复合控制技术的研究和应用显得尤为重要。

复合控制是指将两种或多种不同的控制方法结合在一起，以充分利用各种控制方法的优点，提高系统的整体性能。

在电液比例位置系统中，复合控制可以有效地解决单一控制方法难以处理的复杂问题，如非线性、时变性和不确定性等。

通过合理地设计复合控制策略，可以实现对系统性能的优化和提升，满足实际应用的需求。

本文旨在深入研究电液比例位置系统的复合控制技术，探讨不同控制方法之间的融合方式和优化策略。

我们将对电液比例位置系统的基本原理和特性进行介绍，为后续的研究奠定基础。

我们将分析现有复合控制技术在电液比例位置系统中的应用现状，指出其存在的问题和不足之处。

接着，我们将提出一种新型的复合控制策略，并详细阐述其设计思路、实现方法和性能特点。

我们将通过实验验证该复合控制策略的有效性，并与其他控制方法进行对比分析，以证明其在提高系统性能方面的优越性。

通过对电液比例位置系统复合控制技术的深入研究，我们期望能够为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和借鉴，推动该技术的进一步发展和应用。

1. 电液比例位置系统的概述电液比例位置系统，作为一种先进的控制技术，在液压和电气领域中发挥着重要的作用。

它结合了电气信号的控制灵活性与液压系统的动力传递能力，实现了对液压装置流量、压力和方向的精确控制。

这种系统在工业、农业以及其他多个领域具有广泛的应用前景，如机械加工、钢铁生产、工程机械、船舶设备、汽车工程等。

电液比例位置系统主要由电气系统、比例电磁阀、液压装置以及反馈装置等四部分构成。

电气系统负责控制电气信号的发射和接收，而比例电磁阀则是实现电气信号到液压信号转换的关键部件。

电液伺服系统的设计与实现

电液伺服系统的设计与实现随着科技的不断发展，机械设备的功能和性能要求也越来越高。

而在众多机械设备中，电液伺服系统以其优良的性能和高效的工作模式，已经成为了广泛应用的设备之一。

本文将就电液伺服系统的设计和实现进行讨论，以期提高其性能和工作效率。

一、电液伺服系统的组成电液伺服系统是由3个部分组成的：电子控制单元、电液传动系统和执行机构。

1. 电子控制单元电子控制单元包括控制器和信号处理器，控制器是整个系统的核心。

它可以接收来自传感器的反馈信息，根据内部程序计算出控制信号，并输出到执行机构，实现对执行机构的精确控制。

2. 电液传动系统电液传动系统是整个电液伺服系统的动力源，它包括电液转换器、电动机、泵、油箱、阀门等组成。

电动机通过传动装置，驱动泵产生压力液体，液体经过阀门进入执行机构，实现机械臂等动作。

3. 执行机构执行机构是电液伺服系统的输出节点，它通过接收液压驱动，转换为机械运动。

在典型的电液伺服系统中，执行机构通常包括液压缸、液压马达、液压单元等。

二、电液伺服系统的优点1. 精度高因为电液伺服系统可以接收来自传感器的反馈信息，根据内部程序计算出控制信号，并输出到执行机构，实现对执行机构的精确控制，所以其控制精度很高，可以满足高精密度机械设备的要求。

2. 动态性能好电液伺服系统的调节速度快，反应灵敏。

它不仅可以适应于各种工况的需要，而且可以根据需要进行控制和调节。

相比之下，其他传动系统难以满足这些要求。

3. 可扩展性强电液伺服系统的结构比较清晰，它根据要求可以进行功能扩展。

同时，它也可以与其他的控制系统进行集成，如PLC、CAN总线等。

三、电液伺服系统的设计电液伺服系统的设计必须根据所需的实际应用来进行，下面简单介绍了一些设计方法。

1. 系统参数计算电液伺服系统的设计一定要进行系统参数计算，以确保正确的系统工作。

主要包括负载惯性、运动速度、加速度、油液流量、泵、马达的型号、离合器等参数的计算。

2. 控制系统设计控制系统设计是电液伺服系统设计的核心问题。

汽轮机EHC油系统及电液伺服阀-东北电校

美国GE公司在70年代就不再使用机械液压式调节系统。

美国WH公司从59年到67年就生产了100多台汽轮机电液调节系统。

法国阿尔斯通公司从63年开始试制电液调节系统。

电液调节系统的基本控制功能：机组转速控制：机组启动、升速控制机组功率控制：机组升降负荷和稳定负荷控制可调整抽汽压力控制：实现热电牵连调节，以热定电运行控制，以电定热运行控制；电液调节系统的必要控制功能：自动同期控制（AUTOMATIC SYNCHRONIZED CONTROL）：在汽轮机控制系统的支持下，由同期装置控制汽轮机转速给定，实现发电机手动或自动同期并网的控制系统；初始负荷控制：机组并网后自动接带初始负荷；一次调频功能：承担电网一次调频；负荷控制（ADS或AGC）（AUTOMATIC DISPATCH SYSTEM或AUTOMATIC GENERATION CONTROL）：根据电网负荷，按被控机组微增率和线损，实现经济调度的自动控制系统（ADS），或根据电网负荷指令控制发电机功率（AGC）；协调控制（CCS）（COORDINATED CONTROL SYSTEM）：实施锅炉与汽轮发电机组之间负荷自动平衡控制的系统，提高机组负荷适应性、调峰和调频能力。

功率控制（NC）（POWER CONTROL）：发电机有功功率为被调量，自动控制发电机功率等于给定值，简称功控方式。

用于机炉协调控制炉跟机运行方式；主蒸汽压力控制（TPC）（TURBINE MAIN STEAM PRESSURE CONTROL）：汽轮机主汽门前的主蒸汽压力为被调量，自动控制主蒸汽压力等于给定值，简称压控方式。

用于机炉控制机跟炉运行方式；阀位控制（VC）（VALVE CONTROL）：汽轮机调节汽门为被调量，自动控制调节汽门开度等于给定值，简称阀控方式。

用于机炉协调控制机炉联合调节运行方式；电液调节系统的可选控制功能：汽轮机自动控制（ATC）（AUTOMATIC TURBINE STARTUP CONTROL）：根据汽轮机转子热应力和运行参数，自动设置升速率和负荷率，实现寿命管理，优化机组由盘车至满负荷，自动完成启动全过程；阀门管理（VM）（VALVE MANAGEMENT）：可修正阀门非线性，任意设置阀门的开启顺序，实现汽轮机全周进汽节流调节和部分进汽喷嘴调节的启动、运行控制方式；机组甩负荷快速保持（FCB）（FAST CUT BACK）：当汽轮机或发电机甩负荷时，使锅炉不停炉的一种措施。

汽轮机数字电液控制系统

汽轮机数字电液控制系统摘要300 MW的自备电厂建成后，300 MW的发电设备在国内市场上占据着举足轻重的位置，目前国内300 MW的发电机组已经投入使用，为国家的经济和社会的稳定发展作出了巨大贡献。

300 MW汽轮机采用的是苏联的技术，其设备设计和制造水平与国外相比有很大的差异。

该系统使用了常规的机械式液力调整，存在灵敏度低，迟滞率大，负荷适应能力差，自动化程度低等问题，对机组的安全和经济性造成了一定的影响。

该系统具有转速控制、负荷控制、甩负荷控制功能、超速保护功能、汽轮机自启动和负荷控制功能、主汽压力控制功能等功能。

介绍了300 MW电力电子调节的设计与使用，并着重介绍了超速保护、阀门管理、ATC及甩载测试等方面的工作。

关键词：300MW机组全电调控制升速升负荷阀门管理ATC EH系统高压遮断一、绪论1.1概述汽轮机是火力发电厂中的一个关键装置，它由高温和高压水蒸气带动，实现了热能向机械能的转化。

水轮机组带动发电机旋转，将机器能量转换成电能，电力网向不同的客户供电。

为保持电力系统的运行，需要将汽轮机的速度控制在接近标称速度的极低值，一般在－1.5-3.0 r/分钟之间。

为此，汽轮机需要有一个稳定的、自动化的设备。

水轮发电机组的发展经过了若干个发展时期，首先采用一组机械式的水力机械，完成了对速度的自动调整和对负载的人工控制。

这种体系通常被称作是水力调整。

1.2 300MW国产机组调节系统的现状及改造国内300 MW汽轮机的调速控制主要是由纯水压力的低压汽轮机油和凸轮配汽器组成。

这种调整系统是蒸汽机的常规运行方式，它具有一定的可视性，但是它的运行和数据收集都要靠手工完成，很难适应当前蒸气机组的高自动化、现代化的运行管理需求，所以需要对机组进行全电调的改进，从而达到自动控制的目的。

改进后的全电调速系统包括：液压伺服、高压防油屏蔽、机油供给、低压汽轮机油屏蔽等四大部分。

燃油供给系统的作用是供给高压燃油，驱动伺服系统，高压燃油屏蔽系统。

电液位置伺服系统设计方法

式中：ω h为液压固有频率，Hz；ξ h为液压阻尼比式中：β C为系统的有效体积弹性摸数，MPa；Vt为液压马达的容积，m3； Jt为工作台质量算到液压马达轴的转动惯量为Jt考虑齿轮、丝杠和液压马达的惯量取，并取液压马达的容积，则液压固有频率为：假定阻尼比仅由阀的流量－压力系数产生。零位流量－压力系数 Kc0 近似计算为:
G (s) H (s) s( Kv s 2 0.5 s2 2 1.24 1)( s 1) 2 2 600 600 388 388
2
K v K a 4216 106 1.25 106 9.56 10 4 100 504 K a
式中：Ka为放大器增益。根据以上确定的传递函数，用 Simulink 可绘制出机床工作台液压伺服系统的仿真模型，如图 2 所示，仿真参数如表 1 所示。
式中： vmax
为工作台的最大运动速度。
nmax
max
t
由液压马达输出力矩表达式可知，液压马达所需排量 Qm
Qm 2 Dm 2 TL / pL
为
式中：为液压马达负载压力，MPa，一般取 PL 2 Ps / 3 为液压系统压力，MPa；Dm 为液压马达弧度排量 m3 / rad 已知：i＝2， t 1.2 102 m / r ps 63 105 Pa 由式（2）、式（4）计算得： Dm 0.8 106 m3 / rad q 所以，液压马达负载流量为：L Qm nmax （5） pV ps pL max （6）伺服阀压降pV 为：考虑泄漏等影响， qL 增大15％， qL ＝4.6 L/min。 qL qL 根据和，查手册得额定流量，选择液控型变量柱塞泵和电液伺服阀。
＞10 Hz

汽轮机电液控制系统中两种常用电液伺服阀的分析比较

Ｄｆｒｎｉｒｎｆｒｅ）出，馈至伺服放大板输入ｉｅｅｔＴａｓｍｒ测ｆｌａｏ反
端，使之与该油动机阀位指令保持相等，从而使油动机行程完全由气轮机电液阀位指令控制，而实现汽轮进
机纯电调控制。
图２喷嘴挡板式电液伺服阀结构图
定在衔铁中间，它在两个喷嘴之间穿过，使喷嘴的端部与挡板之间形成两个可变的节流孔，节油通过挡板调和喷嘴的控制到达第二级滑阀两端的端面上。第二级
放大回路是一个四通滑阀结构，当两侧产生压差时，滑
阀输出的流量与其油口的开度成正比。机械反馈系统则由两个完全相同、互为冗余的反馈杆组成。另外还
收稿日期：０７０．５２０．７１作者简介：纪云锋（９７一）男，１７，硕士，工程师，毕业于中南大学机械设计
有一个悬臂的反馈弹簧固定在挡板上，嵌入滑阀中并心的一个槽内，当衔铁处于中间位置时，板对流过两挡个喷嘴的油流的节流作用相同，时滑阀两端无差压。此
及理论专业，现主要从事汽轮机电液调节工作。
１２
维普资讯
ＨｙｒｕｉｓＰｅｍａｉｓ＆ＳａｓＮｏ３．０７ｄａｌｎｕｔｃｃｅｌ／．２０
相反，衔铁不在中间位置时，阀因出现差压而发生位滑
移，从而改变通往油动机的油量，油动机产生位移，使最终实现了对汽轮机调节汽阀的控制。喷嘴挡板式电液伺服阀的特点：采用小球连杆 ①

基于MATLAB_SIMULINK的电液伺服控制系统的建模与仿真研究

基于MATLAB /SIMULINK 的电液伺服控制系统的建模与仿真研究胡良谋，李景超，曹克强（空军工程大学工程学院一系，陕西省西安市710038电话：（029）4397520）摘要：利用MATLAB 软件中的动态仿真工具SIMULINK 建立了电液伺服控制系统仿真模型。

通过实例对飞机上常用的电液位置伺服系统进行仿真，给出仿真结果，并详细地进行性能分析和研究。

关键词：电液伺服控制系统；舵机；电液位置伺服系统；仿真；MATLAB /SIMULINK 中图分类号：TP271+.31文献标识码：A文章编号：1001-3881（2003）3-230-2!引言电液伺服控制系统多数具有良好的控制性能，并具有一定的鲁棒性，因此在现代飞机上得到了广泛的应用，例如，舵机、机轮刹车、进气道及尾喷管控制等［5］。

利用计算机对其进行仿真，无论对其性能分析，还是系统辅助设计，都有重要的意义。

因此，电液伺服控制系统的仿真一直是我们研究的重点。

文献［3］对液压系统的模拟、数字仿真作了详细的论述。

本文利用MATLAB 软件中的动态仿真工具SIMULINK ，构造了电液伺服控制系统仿真模型，对其进行仿真。

然后通过飞机上常用的用于舵面操纵及控制的电液位置伺服系统的实例进行仿真，并详细地对其进行系统性能分析。

"电液伺服控制系统的数学模型和方块图［"］［#］［$］电液伺服控制系统根据被控物理量（即输出量）分为电液位置伺服系统、电液速度伺服系统、电液力伺服控制系统三类。

本文主要介绍飞机上常用的用于舵面操纵及控制的电液位置伺服系统。

典型的电液位置伺服系统方块图如图1所示：其中：U r -输入指令（V ）；F L -外负载力（N ）；!h -伺服系统的液压阻尼比，无因次；K f -反馈电位器增益（V /m ）；K a —伺服放大器增益（A /V ）；"a —线圈转折频率（rad /S ）；K 1-电液伺服阀流量增益（m 3/A ·S ）；图1典型的电液位置伺服系统方块图"1—电液伺服阀固有频率（rad /S ）；!1-电液伺服阀阻尼比，无因次；A -液压缸油腔有效工作面积（m 2）；"h -伺服系统的液压固有频率（rad /S ）；K -油液的有效体积弹性模量（N /m 2）；V t -液压缸油腔总容积（m 3）；K ce -伺服系统的流量-压力系数（m 5/（W ·S ））。

基于DSP鲁棒PID控制器的电液位置伺服系统电模拟仿真研究

（）——————｛———一ｓ＝
一
（）１
（）啬 ‘
Ｇ（）３ｓ＝
击ｓ）
（）２
根据此传递函数，据试验箱中的资源，此传递函数分为根把
三个部分：比例环节、性环节和二阶振荡环节。传递函数为：惯其
《业控制计算机｝０１年第２工２１４卷第６期
基于ＤＰ鲁棒ＰＤ控制器的电液位置伺服系统电模拟仿真研究ＳＩ
ＥｌｃｒｍｕａｏｏｔＥｅｔ —ＨｙｒｕｉＰｓｔｎＳｅｖｅｔｉＳｉｌｔｒＡｂｕｌｃｒ — ｄａｌｃｏｃｏｉｏｒｏｉＳｓｅＢａｅｏＤＳＰＲｏｕｔＰｎｒｌｒｙｔｍｓｄｎｂｓＩＣｏｔＤｏｌｅ
下系统厚度控制的试验装置数学模型的各项性能，因此，我们可以使用此电模拟电路模拟轧机液压压下系统厚度控制的试验装
置，便验证鲁棒ＰＤ算法的优劣。以Ｉ２鲁棒ＰＤ控制算法Ｉ该鲁棒ＰＤ控制器是根据伺服系统数学模型的开环传递函Ｉ数的灵敏度函数的原理来设计。对于一个电液位置液压伺服控制系统，系统框图如图５所示。其
路，其输出电压范围为 ± ．Ｖ，满足控制输出量的输出范围。使３３以
数模转换电路如图３所示。

电液控制-电液伺服系统

3、压力反馈和动压反馈校正
三、电液速度控制系统
四、电液力控制系统
电液控制
第5章电液伺服系统
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、电液位置伺服系统的分析
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：
§系统的稳定性分析
简化方框图为：
系统稳定性条件为：
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：
§电液伺服系统的校正
1、滞后校正
2、速度与加速度的反馈校正
Kv 2hh
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
30o 60o
，ห้องสมุดไป่ตู้进行分析设计
增益裕量大于 20lg Kg 6dB
§系统的响应特性分析
对指令输入的闭环频率响应：
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
§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：

基于ATmega16L的电液伺服控制系统设计

基于ATmega16L的电液伺服控制系统设计李禹萱;李云红【摘要】针对电液伺服闭环控制过程中,设定信号不断发生变化,电液阀门位置定位精确度较低的难题.采用AT-mega16L作为核心控制器,并配有高精度A/D、D/A 转换器,通过对阀门开度控制信号和位置反馈信号进行采集、转换、计算和比较,发出控制信号决定并执行换向阀的换向、交流伺服电动机的起停运转,推动液压缸推杆的伸缩,进而对阀门转角大小、开度百分比进行精确定位.%In the process of electro-hydraulic servo closed loop control, set signals are constantly changing and electro-hydraulic valve location accuracy is low. Through the acqusitiion, transformation, calculation and comparison of signals to control valve opening and position feedback signals, the system with ATmegal6L as the core controller, equipped with high-precision A/D and D/A converters, sends a control signal to determine and perform the reversing of reversing valve and the operation of AC servomotor, promote the stretching of hydraulic cylinder rod, and thus realizes the precise position of the valve angle size and the opening percentage.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)019【总页数】4页(P141-144)【关键词】单片机微处理器;伺服控制;阀门位置;RS 485通信【作者】李禹萱;李云红【作者单位】西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安710126;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TN911.7-34;TP2730 引言随着电力电子技术、电机控制技术、计算机技术和传感器技术的发展，交流伺服控制技术已逐步取代了传统的直流控制技术，越来越多地应用到各种工业控制领域中。

电液位置伺服西itde校正

title(['相位裕度=',num2str(pm)]);
bode 图 num0=[0.05];den0=[1 0] num1=[3060*10^(-6)];den1=[1/(600^2) 1/600 1]; num2=[1.25*10^6];den2=[1/(388^2) 2*0.94/388 1]; [nums,dens]=series(num2,den2,num1,den1); [num,den]=series(num0,den0,nums,dens); g=tf(num,den); bode(g,'k-',w); w=logspace(-1,3,100); grid on xlabel('w(rad/s)','Fontsize',12); ylabel('φ(w)L(w)','Fontsize',12);
方块图：
2、负载扰动误差的计算系统误差包括动态误差和稳态误差．一般工程系统只提出稳态误差的要求，而且首先保证的是稳态误差的要求．稳态误差为跟踪误差、于扰误差和静态误差之和．负载扰动作用下引起稳态误差(干扰误差)的计算方法一般是先求出干扰信号作用下的误差传递函数，再用终值定理求得扰动误差．由于工程上干扰通常为常值负载力，仅需对常值负载误差进行计算，故可使用更为简单的静态方框图求解．在图1所示的系统框图中，因摩擦力较大，故只考虑摩擦力作为负载扰动(不考虑惯性力)，令 s=0(积分中的环节暂不为0)，得到干扰的静态方块图，如图2示
校正后无反馈：

ຫໍສະໝຸດ num0=[0.05];den0=[1 0] num1=[3060*10^(-6)];den1=[1/(600^2) 1/600 1]; num2=[1.25*10^6];den2=[1/(388^2) 2*0.94/388 1]; [nums,dens]=series(num2,den2,num1,den1); [num,den]=series(num0,den0,nums,dens); w=logspace(-1,5,200); [mag,phase,w]=bode(tf(num,den),w); [gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w); bode(tf(num,den),w); grid; pgm=num2str(20*log(gm));ppm=num2str(pm); pwcg=num2str(wcg); pwcp=num2str(wcp); gms=char('系统的幅值裕量为',pgm);pms=char('系统的相位裕量为 ',ppm);disp(gms);disp(pms); wcgs= char('系统的幅值频率为',pwcg); wcps= char('系统的穿越频率为',pwcp); disp(wcgs);disp(wcps);