液压位置控制系统

３、测量误差
静差 死区和零漂I KaK f
位移传感器的固有误差，调整基准误差等。
第三节 典型液压位置伺服系统的特点 及主要设计原则
一、位置伺服系统的特点
１、开环频率特性
位置系统是由一个积分环节和一个振荡环节组 成的。阻尼比 h 随工作点变动在很大范围内变化，
系统的开环增益 KV 也因伺服阀的流量增益 Kv 的
2hc
如果系统具有以上参数值，即工程上所谓的“三 阶最佳系统”，但实际上，h 不可能是0.707，所以 不经校正的液压伺服系统很难实现“三阶最佳”。实际 系统 h 远远比0.707小且是多变的。应采取措施提高 h 和减小 h 的变化。如采用加速度反馈，压差反馈 校正提高阻尼比。
３、其它因素
为改善系统的性能，采用提高 h的措施，也采用
加速度校正或压力负反馈校正来提高 h ，从而 使系统的频宽达到或超过 h 值。
某些系统伺服阀的其它环节动态不能忽略，因此 其开环传递函数比较复杂。这时难以用解析法得到一 个比较简单的判断依据，通常用伯德图来校验系统的 闭环稳定性。
相位裕量： 1800 c
变动而变化。因而造成开环频率特性的浮动，阀在
零位区时 h 最小，空载时 Kv 最大。所以位置系统
一般以零位区设计工况。由于 h 比较小，在比例
控制时，主要保证系统具有足够的幅值稳定裕 量，为此不得不将增益和穿越频率压得很低，系统
的相角裕量接近 900
二、设计原则
１、确定主要性能参数的原则
从选择动力机构的参数着手，应满足驱动负 载和满足系统性能两方面。
第二节 系统的误差
一、稳态误差
对于简化的位置系统：
Y (s) e (s)Rp (s) ef (s)F(s)
式中：Βιβλιοθήκη e (s)s(
s2
h2

2 h h
s
1)
s(s2h2

2
h h
s
1)

KV
ef
(s)

Kce A2
(1
Vt
4e Kce
s)
s(s2h2

2 h h
Y Rp

s3
3 hc
1

2
s2
2 hc
2 s
hc
1
其开环传递函数应为：
W (s) Y Rp 1Y Rp
W (s) s3
3 hc
1

2
s2
2 hc

s
hc

hc / 2
s(sh22c
s
hc
1)
令
h 2hc
则
h
W (s)

s(
s2
2 hc
2
2 2s 1)
s
1)

KV
取拉氏反变换后：
y(t)

i0
ci C i!
i p
(t
)

i0
c fi i!
Ft i
ci ei (0)
c fi

i if
(0)
二、静态误差
１、动力机构死区引起的误差
I1

Ff / A Kv / Kce
２、伺服阀及放大器的零漂引起的误差
因供油压力和工作温度变化引起的零点漂移。
率加大，效率降低 （ pL大，流量增益减小，要求
Ａ大）。 b、满足驱动负载的要求
按负载匹配原则选择Ａ，使所选的动力机构功 率最小，效率高。
２、确定参数间适当的比例关系
为使系统具有较好的动态特性，应要求它的闭 环频率特性在尽可能的频带内实现幅值近似为1。 即：
Y ( j) 1 R( j)
可以证明，对于3阶系统，满足上述条件的闭环 传递函数应为：
第十一章 液压位置伺服系统
第一节 位置控制系统
电液伺服系统中，位置系统是最常见的。
其优点是： １、能控制很大的惯量和产生很大的力和力矩； ２、具有高精度和快速响应能力，具有很好的灵活
性和适应能力。
一、工作原理
１、伺服阀 ２、油缸 ３、工作台 4、位移传感器（滑动变阻器）
液压速度控制系统

i
工作台 F
为减少系统的静差，在增益分配时，希望提高
电气部分的增益 Ka K f ，减小液压部分的增益KV / A
从提高系统刚度考虑，应减小 Kce （ Ctc 、Kc
减小），可见，适用于液压位置伺服系统的动力 机构应具有高的压力增益和低的流量增益（减小 静差）。
但低泄漏量的液压缸常有较大的磨擦力和要 求较大的启动压力，若要求系统具有较好的低速 平稳性，应选择低磨擦和较大泄漏量的液压执行 机构。
c—— c处的相角
一般要求大于30～60度。
幅值裕量：
Kg 20lg W( j) (dB)
幅值裕量一般应为
6 ~ 12dB
这就要求开环频率 特性以-20dB倍频 程穿越0分贝线。
由于位置系统阻尼比很小，所以相位裕量易于 保证，一般 700 ~ 80，0 但要保证有较大的幅值裕 量是不容易的，除非将 KV 值压的很低。
2hh
即：
Kv 1
2hh
Kv 2hh
由于 c KV ，故稳定条件也限制了系统的穿越
频率 c，即限制了系统的频宽。
通常液压阻尼比 h 0.1 ~ 0.2 ，故稳定性条件
可写成：
Kv (0.2 ~ 0.4)h
可见 KV被限制在 h 的20%~40%之间，因此， 对未经校正的系统要使频宽大于 h 是很难达到的。
K1

R3 K1
T1

1
1

R2C
1 R3
R2
串联在系统的前向通路中（通常在功放之前）， 由于 K1 ，为使校正后 c 不变，应调整前置放大 器的增益，使之增大 ( 1 1 ) 倍。
液压位置伺服系统应选择具有高的压力增益 和恒定流量增益的流量伺服阀，选择足够尺寸的 液压执行机构。
第四节 系统的校正
为了设计高性能的位置系统，常采用校正 的方法来做到。
一、滞后校正
１、作用：抬高低频段的增益，降低系统的稳态 误差。
校正环节的传递函数为：
Wc (s)

K1(T1s 1)
T1s 1
a、提高系统的性能
为提高快速性，需具有较高的 c值，为了提高
精度，需提高开环增益 KV ，两者都要受 h 的
限制（ KV 、 c上升，则 h 下降。
由于h 与Ａ成正比，应选择较大的Ａ，外
干扰产生的误差与 Kce /(KV A2 ) 成正比，也要求较
大的Ａ，但大尺寸要求较大的伺服阀，使系统功
ps p0
伺服阀
测速电机
uf u
ur 伺服、放大、校正装置
指令电位器
D

系统固有部分由比例、积分、二阶振荡环节 组成
G(s)

s(
s2
h2
Kv
2 h h
s
1)
二、稳定性分析
在
h 处出现一个峰值，其对数幅值为
20 lg(
Kv
2hh
)
稳定性判据：
20 lg( Kv ) 0