机液伺服系统讲解

第4章 机液伺服系统
本章摘要
概念： 由机械反馈装置和液压动力元件所组 成的反馈控制系统称为机械液压伺服系统。 主要用来：进行位置控制，也可以用来控制 其它物理量，如原动机的转速控制等。
第4章 机液伺服系统
本章摘要
机液位置伺服系统 结构柔度对系统稳定性的影响 动压反馈装置和液压转矩放大器
第4章 机液伺服系统
si s j )sn2 (1)n si
i 1
i j
i 1
i1, j2
பைடு நூலகம்
… an1
an
n
(
i 1
si )
an2 ( n
an
i j
si s j )
i1, j2
… …… ……… ……… … …… …..
an3 n
an
i jk
si s j sk
i1, j 2
a0
an
(1)n
n i 1
si
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
4.1 外反馈机液伺服系统
影响机液伺服系统稳定性的主要因素：
1 系统开环增益
幅值稳定性裕量
2 积分环节
20 lg 2 h h
3 系统固有频率和阻尼比
Kv
4 延时环节和非最小相位环节
伺服阀 液压缸
扰动
飞机 XP 舵机
b ab 文字方框图
－、工作原理及传递函数
Xi
指令
a
杠杆比较
XV
ab -
液压能源
液压动力元件
伺服阀 液压缸
扰动
飞机 XP 舵机
b ab
由第三章分析，假设没有弹性负载，液压缸活塞的输出位移是：
Xp
Kq Ap
Xv
Kce Ap2
1
Vt
4 e K ce
s
s2
h2
系统稳定的充要条件
控制理论中所讨论的稳定性是指自由振荡下的稳定性，即讨论输入线性定常 系统为零而初始偏差不为零时，自由振荡是收敛的还是发散的。
线性定常系统稳定的充要条件：
是特征方程的根具有负实部；或者说系统的闭环极点均 位于复平面的左半部。
稳定判据：
（1）劳斯判据：是一种代数判据 （2）乃氏判据：是一种几何判据 （3）对数频率特性的稳定判据 即利用开环系统的波德图来判别系统的稳定性。
二、稳定性分析
Routh稳定判据
设系统特征方程为
D(s) ansn an1sn1 …a1s a0
各项除以an并分解因式
sn
an1 an
s n 1
a1 an
s
a0 an
(s s1)(s s2 ) (s sn )
n
n
n
(s s1)(s s2 ) (s sn ) sn ( si )sn1 (
sn2
A1 A2
A3 A4
sn3
B1 B 2 B3 B4
:
:: : :
:
:: : :
s2
D1 D2
s1
E1
s0
F1
A1
an1an2 anan3 an1
A2
an a 1 n4 anan5 an1
A3
an1an6 anan7 an1
…… ……….
B1
A1an3 an1 A2 A1
B2
A1an5 an1 A3 A1
－、工作原理及传递函数
阀开口量为: xv xv1 xv2
飞机舵机液控制系统上应用
升 力
阻力
指令位移
Xi
pS
比较杠杆
XV
飞机舵机
舵机位移
XP
XP
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
指令
xXii
b
xv1
X1 a
b
-xXv22
手动
Xxi i XxVv
a
舵机位移
xXvV=Xx1v1-X2xv 2
将输入量与反馈量比较后的误差信号对输出 量不断调整以求减少误差的系统称随动系统或伺 服系统。
如果比较反馈元件由机械元件充当，则称为 “机液伺服系统”，以区别于电反馈系统。
“机液伺服系统”广泛的应用于飞机舵面控 制、火炮瞄准机构操纵、车辆转向控制、仿形机 床以及伺服变量泵等处。
第4章 机液伺服系统
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
xXPp
xXpP 舵机位移
Xxii
手
a ab
xXv11
杠杆比较
xv
-
xXv 22
b
XxPp
比较反馈原理
ab
手动
Xi b
pS
比较杠杆 XV
比较元件要求：
1）与指令元件相连（手） 2）与被控对象相连（舵机） 3）与放大元件相连（阀芯）
a
舵机位移
XP
Xi
指令
a ab
杠杆比较
XV
-
飞机舵机
液压能源
液压动力元件
系统稳定的必要条件 an 0, an1,..., a1 0, a0 0
二、稳定性分析
系统稳定的充要条件
系统特征方程式的系数按下列形式排列成Routh表
D(s) ansn an1sn1 …a1s a0
sn
an
a n-2
a n-4 a n-6
s n 1
a n-1 a n-3
a n-5 a n-7
Xi
指令
a
杠杆比较
XV
ab -
液压动力元件
伺服阀 液压缸
扰动
飞机 XP 舵机
阀控缸传递函数
b ab
杠杆比较
Xi a
xv
Kq
ab
- Ap
FL －、工作原理及传递函数
1 Ap2
( Vt
4e
s KCe )
动力元件
1
xp
s
(
s2
2 h
2 h h
s 1)
b ab
开环传递函数
方框图简化
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
B3
A1an7 an1 A4 A1
…… ……. ……
二、稳定性分析 机液伺服系统的稳定性判据和稳定裕量
在不考虑外干扰力FL的影响时，系统的 开环传递函数为
G(s) X p
Kv
XV
s
s2
h2
2h h
s
1
该系统的闭环传递函数为
由液压放大元件和液压执行元件所组成的液 压动力元件，实际上就是一个开环控制系统。
如果将液压执行元件的输出位移量与指令信 号相比较后的误差信号再控制液庄放大元件，就 是闭环位置控制系统。
也就是说，在开环控制的基础上，通 过负反馈装置—即比较元件+测量反馈元 件就可以构成闭环液压控制系统。
第4章 机液伺服系统
一、工作原理及传递函数
开环 传递函数
开环传递函数
传递函数
方框图的画法
Kv s
,
h
GH
Kv
2 h h
,
h
Kv
s
•
s2
2 h
,
h
穿越频率
幅值裕量
相位裕量30 °～60 °
开环传递函数
Kv
Kv
Kv
N
N Kv
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
2 h h
s
1
s FL
杠杆比较
Xi a
ab
xv Kq
- Ap
－、工作原理及传递函数
FL
1 Ap2
( Vt
4e
s
KCe )
动力元件
1
xp
s
(
s2
2 h
2 h h
s 1)
b
Xp
Kq Ap
Xv
Kce Ap2
1
Vt 4 e K ce
s
s2 h2
2 h h
s
1
s FL
ab
液压能源