1、燕燕 山山 大大 学学液压伺服与比例控制系统课程组课程组 欢欢 迎迎 使使 用用 液压伺服与比例控制系统 多媒体授课系统多媒体授课系统本章摘要 由机械反馈装置和液压动力元件所组成的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。机液反馈控制系统称为机械液压伺服系统。机液伺服系统主要用来进行位置控制，也可以用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。来控制其它物理量，如原动机的转速控制等。由液压放大元件和液压执行元件所组发的液由液压放大元件和液压执行元件所组发的液压动力元件，实际上就是一个开环控制系统。压动力元件，实际上就是一个开环控制系
2、统。如果将液压执行元件的输出位移量与指令信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。是闭环位置控制系统。也就是说，在开环控制的基础上，通过负反也就是说，在开环控制的基础上，通过负反馈装置馈装置即比较元件即比较元件+测量反馈元件就可以构成测量反馈元件就可以构成闭环液压控制系统。闭环液压控制系统。将输入量与反馈量比较后的误差信号对输出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量不断调整以求减少误差的系统称随动系统或伺服系统。服系统。如果比较反馈元件由机械元件充当
3、，则称为如果比较反馈元件由机械元件充当，则称为“机液伺服系统机液伺服系统”，以区别于电反馈系统。，以区别于电反馈系统。“机液伺服系统机液伺服系统”广泛的应用于广泛的应用于飞机舵面控飞机舵面控制、火炮瞄准机构操纵、车辆转向控制、仿形机制、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床以及伺服变量泵等处。等处。、工作原理及传递函数、工作原理及传递函数 21:vvvxxx阀开口量为XPXipS比较杠杆比较杠杆XPXV手手XiX1X2vx1vx2vxpxix比较反馈原理比较反馈原理baababX1baXi1vxix-X22vxabpxXPXiXVXV=X1-X2vxixpx21vvvxxx指
4、令指令液压动力元件液压动力元件XVpSXV文字方框图文字方框图XPXi比较杠杆比较杠杆abXibaabab比较元件要求：比较元件要求：1）与指令元件相连（手）与指令元件相连（手）2）与被控对象相连（舵机）与被控对象相连（舵机）3）与放大元件相连（阀芯）与放大元件相连（阀芯）、工作原理及传递函数、工作原理及传递函数 指令指令液压动力元件液压动力元件XVXibaabab)12(122ssshhhvxpxLF)4(12CeetpKsVApqAK动力元件Xibaabab方框图方框图 、工作原理及传递函数、工作原理及传递函数 方框图简化方框图简化)12(122ssshhhvxpxLF)4(12Ceetp
5、KsVApqAK动力元件Xibaabab开环传递函数开环传递函数 一一、工作原理及传递函数、工作原理及传递函数 开环传递函数开环传递函数开环开环传递函数传递函数传递函数传递函数hhvhhhvhvssKKsKGH,2,22方框图的画法方框图的画法二、稳定性分析二、稳定性分析 vhhK2lg20幅值稳定性裕量幅值稳定性裕量 hvKlg20vKlg201vvKNKNKv开环传递函数开环传递函数vK一、采用一、采用直接位置比较直接位置比较的的液压液压工作台位置控制系统工作台位置控制系统指令元件与阀芯相连指令元件与阀芯相连受控对象与阀套相连受控对象与阀套相连Xi=X芯芯Xp=X套套内反馈就是直接内反馈就
6、是直接比较的位置反馈。比较的位置反馈。Xi=X芯芯Xp=X套套阀芯与阀套阀芯与阀套XvXiX芯芯X套套指令与阀连指令与阀连对象与阀套连对象与阀套连XP内反馈中的比较元件就内反馈中的比较元件就是是“阀芯阀芯”和和“阀套阀套”。比较元件要求：比较元件要求：1）与指令元件相连（手）与指令元件相连（手）2）与被控对象相连（工作台）与被控对象相连（工作台）3）与放大元件相连（阀本身）与放大元件相连（阀本身）阀芯与阀套阀芯与阀套采用阀芯阀采用阀芯阀套直较方式套直较方式Xv指令指令XiX芯芯X套套指令传感器指令传感器反馈传反馈传感器感器 三、三、工作原理及传递函数工作原理及传递函数 方框图方框图)12(12
7、2ssshhhvxpxLF)4(12CeetpKsVApqAK动力元件Xi11指令指令液压动力元件液压动力元件XVXi11)12(122ssshhhvxpxLF)4(12CeetpKsVApqAK动力元件Xi开环传递函数开环传递函数)12(22sssAKGHhhhpq四、稳定性分析四、稳定性分析 hvKlg20vKlg20vhhK2lg20幅值稳定性裕量幅值稳定性裕量 四、稳定性分析四、稳定性分析 四、稳态负载误差四、稳态负载误差 ppLpqLCevpLCeLCevqAKFAKFKxAFKPKxKQQ泄放平衡时:指xpxLFSPSPOvx放Q指xpxSPSPO泄QLF)12(122ssshhh
8、pxLF)4(12CeetpKsVApqAK四、稳态负载误差四、稳态负载误差)12(122ssshhhvxpxLF)4(12CeetpKsVApqAK动力元件Xi四、稳态负载误差四、稳态负载误差)12(122ssshhhpxLF)4(12CeetpKsVApqAKqpKAqLvCeLLpLLKQxKPQAFP误差泄漏负载压差LpqCepFAKKx误差01pxLF)0(12CepKApqAK将s=0代入得五、速度误差五、速度误差 vppqpqppvpvqppKvAKvKAvxAxKAQv放恒速时:vx指xpxSPSPO放Q指vpv指vvpppLvpAKFKv:总误差4.3 动压反馈装置液压伺服系
9、统往往是欠阻尼的，液压阻尼比小直接影响到系统的稳定性、响应速度和精度。因此提高阻尼比，对改善系统性能是十分重要的。采用动压反馈可以有效地提高阻尼比，两种常用的动压反馈装置，分别是液阻加空气蓄能器和油气阻尼器，一、基本方程：一、基本方程：二、方框图与传递函数：二、方框图与传递函数：LqvcLQK XK P()4tLpptpdLLeVQA sXCGs PsP2pLtpA Pm s X三、传递函数简化液压固有频率：液压阻尼比：2221qppvhhhKXAXsss24ephttAmV()ceetdethptptKmGsmAVAV附加阻尼比：()1detccetptpctGsmCsmAVAsV11cet
10、cchdptccCmssKAVss 第三章中所讨论的阀控缸，阀控马达及系在马达第三章中所讨论的阀控缸，阀控马达及系在马达等都是开环控制。这一章讲的是在开环动力元件的基等都是开环控制。这一章讲的是在开环动力元件的基础上，加上反馈装置后就组成闭环控制系统。采用机础上，加上反馈装置后就组成闭环控制系统。采用机械反馈元件的系统称为机液控制。械反馈元件的系统称为机液控制。分析机液系统时，首先要分析其工作原理。先必须分析机液系统时，首先要分析其工作原理。先必须从实际系统中找出比较元件，弄清比较方式，明确指从实际系统中找出比较元件，弄清比较方式，明确指令信号和被控对象；然后研究阀、缸（动力元件）的令信号和被
11、控对象；然后研究阀、缸（动力元件）的类型，在此基础上就可以建立全部基本方程，由基本类型，在此基础上就可以建立全部基本方程，由基本方程即可求得系统的传递函数。有了传递函数，就可方程即可求得系统的传递函数。有了传递函数，就可以按照制理论分析其静态动态品质。以按照制理论分析其静态动态品质。机液伺服系统工作可靠。但是，如果设计时各参数机液伺服系统工作可靠。但是，如果设计时各参数选择不好，装配时就不易调整。另外，机械元件有惯选择不好，装配时就不易调整。另外，机械元件有惯性，时间常数较大；机械运动件间总有间隙、摩擦，性，时间常数较大；机械运动件间总有间隙、摩擦，工作久了总有磨损，这些都会降低系统的精度。工
12、作久了总有磨损，这些都会降低系统的精度。由于液压动力元件的传递函数式是积分环节加振由于液压动力元件的传递函数式是积分环节加振荡环节。因此，可以说机液系统的开环传递函数基本荡环节。因此，可以说机液系统的开环传递函数基本上都是积分加振荡。上都是积分加振荡。比较元件要求：比较元件要求：1）与指令元件相连；）与指令元件相连；2）与被控对象相连；）与被控对象相连；3）与放大元件相连。）与放大元件相连。稳态误差稳态误差：稳态误差与放大元件的输出流量有关，与放大元稳态误差与放大元件的输出流量有关，与放大元件在稳态时的输入量件在稳态时的输入量 xv 成正比。成正比。1）负载误差负载误差与与负载负载FL成正比成
13、正比,与与压力增益压力增益KP成反比成反比(与与总压力流量系数总压力流量系数KCe成正比成正比)；2）速度）速度误差误差与与给定速度给定速度V成正比，与成正比，与速度增益速度增益Kv成反成反比。比。因此因此：1）要想办法提高要想办法提高压力增益压力增益KP，减小阀的零位泄漏；，减小阀的零位泄漏；2）要想办法在保证稳定的前提下，提高要想办法在保证稳定的前提下，提高速度增益速度增益Kv。稳定性稳定性：系统稳定性与开环系统稳定性与开环增益增益Kv有关，与固有频率有关，与固有频率h有有关，与阻尼系数关，与阻尼系数h有关。有关。1）油缸的等效容积越小，液压弹簧刚度越大，）油缸的等效容积越小，液压弹簧刚度越大，固有频固有频率率h越高，稳定性越好；越高，稳定性越好；2）开环开环增益增益Kv越小，越小，总压力流量系数总压力流量系数KCe越小，稳定越小，稳定性越好；但性越好；但 这与控制精度相矛盾。这与控制精度相矛盾。因此因此：1）采用零开口阀以减小采用零开口阀以减小压力流量系数压力流量系数KCe，提高，提高压力压力增益增益KP，从而保证控制精度；，从而保证控制精度；2）要想办法减小要想办法减小油缸的等效容积，提高油缸的等效容积，提高固有频率固有频率h，保证稳定性保证稳定性。vhhK2lg20幅值稳定性裕量幅值稳定性裕量
