电液伺服系统.ppt

电液伺服系统电液伺服系统优点优点：控制精度高控制精度高响应速度快响应速度快输出功率大输出功率大信号处理灵活信号处理灵活易于实现各种参易于实现各种参量的反馈量的反馈电液伺服系统电液伺服系统电气、液压电气、液压适用场合：适用场合：负载质量大且要负载质量大且要求响应速度快求响应速度快第一节第一节 电液伺服系统的类型电液伺服系统的类型位置控制、速度控制、力控制位置控制、速度控制、力控制阀控系统、泵控系统阀控系统、泵控系统大功率系统、小功率系统大功率系统、小功率系统开环控制系统、闭环控制系统开环控制系统、闭环控制系统模拟伺服系统、数字伺服系统模拟伺服系统、数字伺服系统一、模拟伺服系统 在模拟伺服系统中，全部信号都是连续的模拟量。在模拟伺服系统中，全部信号都是连续的模拟量。模拟伺服系统重复精度高，但分辨能力较低（绝模拟伺服系统重复精度高，但分辨能力较低（绝对精度低）。对精度低）。模拟伺服系统中微小信号容易受噪声和零漂的影模拟伺服系统中微小信号容易受噪声和零漂的影响。响。二、数字伺服系统 在数字伺服系统中，全部信号或部分信号是离散在数字伺服系统中，全部信号或部分信号是离散参量，因此数字伺服系统又分为：全数字伺服系参量，因此数字伺服系统又分为：全数字伺服系统和数字模拟伺服系统两种。统和数字模拟伺服系统两种。数字伺服系统有很高的绝对精度；受模拟量的噪数字伺服系统有很高的绝对精度；受模拟量的噪声和零漂的影响很小。声和零漂的影响很小。当要求较高的绝对精度，而不是重复精度时，常当要求较高的绝对精度，而不是重复精度时，常采用数字伺服系统。采用数字伺服系统。从经济性、可靠性方面来看，简单的伺服系统以从经济性、可靠性方面来看，简单的伺服系统以采用模拟型控制为宜。采用模拟型控制为宜。第二节第二节 电液位置伺服系统的分析电液位置伺服系统的分析 电液伺服系统是最基本、最常用的一种液压伺电液伺服系统是最基本、最常用的一种液压伺 服系统，如：机床工作台的位置、飞机和船舶服系统，如：机床工作台的位置、飞机和船舶的舵机控制等。的舵机控制等。在其他物理量的控制系统中，如速度控制和力在其他物理量的控制系统中，如速度控制和力控制等系统中，也常有位置控制小回路作为大控制等系统中，也常有位置控制小回路作为大回路中的一个环节。回路中的一个环节。一、系统的组成及其传递函数一、系统的组成及其传递函数 当采用电位器作为指令装置和反馈测量装置，就构成了直当采用电位器作为指令装置和反馈测量装置，就构成了直流电液位置伺服系统。流电液位置伺服系统。当采用自整角机或旋转变压器作为指令装置和反馈测量装当采用自整角机或旋转变压器作为指令装置和反馈测量装置时，就可构成交流电液位置伺服系统。置时，就可构成交流电液位置伺服系统。自整角机是一种回转式电磁感应元件，由转子和定子组成。自整角机是一种回转式电磁感应元件，由转子和定子组成。定子上绕有星形联接的三相绕组，转子上绕有单相绕组。定子上绕有星形联接的三相绕组，转子上绕有单相绕组。在伺服系统中，自整角机是成对运行的，与指令轴相联的在伺服系统中，自整角机是成对运行的，与指令轴相联的自整角机成为发送器，与输出轴相联的成为接受器。发送自整角机成为发送器，与输出轴相联的成为接受器。发送器转子绕组接激磁电压，接收器转子绕组输出误差信号电器转子绕组接激磁电压，接收器转子绕组输出误差信号电压。接收器和发送器的定子的三相绕组相联。压。接收器和发送器的定子的三相绕组相联。自整角机测量装置输出的误差信号是一个振幅调制自整角机测量装置输出的误差信号是一个振幅调制自整角机测量装置输出的误差信号是一个振幅调制自整角机测量装置输出的误差信号是一个振幅调制波，频率等于激磁电压（载波）的波，频率等于激磁电压（载波）的波，频率等于激磁电压（载波）的波，频率等于激磁电压（载波）的 频率，其幅值频率，其幅值频率，其幅值频率，其幅值与输入轴和输出轴之间误差角的正弦成正比，即：与输入轴和输出轴之间误差角的正弦成正比，即：与输入轴和输出轴之间误差角的正弦成正比，即：与输入轴和输出轴之间误差角的正弦成正比，即：在误差角在误差角 很小时，因此自整角机的增益为很小时，因此自整角机的增益为(6-1)相敏放大器的动态与液压动力元件相比可以忽略，相敏放大器的动态与液压动力元件相比可以忽略，相敏放大器的动态与液压动力元件相比可以忽略，相敏放大器的动态与液压动力元件相比可以忽略，将其看成比例环节，其增益为将其看成比例环节，其增益为将其看成比例环节，其增益为将其看成比例环节，其增益为伺服放大器和伺服阀力矩马达线圈的传递函数伺服放大器和伺服阀力矩马达线圈的传递函数与伺服放大器的形式有关。当采用电流负反馈与伺服放大器的形式有关。当采用电流负反馈时，其传递函数可用伺服放大器增益时，其传递函数可用伺服放大器增益 表示，表示，即即(6-2)(6-3)电液伺服阀的传递函数采用什么形式取决于动力元件的电液伺服阀的传递函数采用什么形式取决于动力元件的液压固有频率的大小。液压固有频率的大小。当伺服阀的频宽与液压固有频率相近时，伺服阀可近似当伺服阀的频宽与液压固有频率相近时，伺服阀可近似看成二阶振荡环节看成二阶振荡环节 当伺服阀的频宽大于液压固有频率（35倍）时，伺服 阀可近似看成惯性环节(6-4)(6-5)当伺服阀的频宽远大于液压固有频率（当伺服阀的频宽远大于液压固有频率（5 51010倍倍）时，伺服阀可近似看成比例环节时，伺服阀可近似看成比例环节 伺服阀的流量增益 时伺服阀的传递函数 伺服阀的空载流量 伺服阀的固有频率 伺服阀的阻尼比 伺服阀的时间常数(6-6)在没有弹性负载和不考虑结构柔度的影响时，在没有弹性负载和不考虑结构柔度的影响时，阀控液压马达的动态方程可由式阀控液压马达的动态方程可由式（3-553-55）表示，）表示，这里改成以流量为输入的形式这里改成以流量为输入的形式式中 齿轮传动比 齿轮减速器的传动比为 或（6-7）（6-8）由式由式（6-16-1）（）（6-86-8）可以画出系统的方块图）可以画出系统的方块图由该方块图可写出系统的开环传递函数由该方块图可写出系统的开环传递函数式中 开环增益（也称速度放大系数）（6-9）通常电液伺服阀的响应速度较快，与液压动力元通常电液伺服阀的响应速度较快，与液压动力元件相比，其动态特性可忽略不计，看成比例环节件相比，其动态特性可忽略不计，看成比例环节 系统的开环传递函数可简化为系统的开环传递函数可简化为因为液压固有频率通常总是回路中最低的，由它决定了系统的动态特性。（6-10）二、系统的稳定性分析二、系统的稳定性分析系统的稳定条件为系统的稳定条件为系统要有适当的稳定裕量，通常相位裕量在3060之间，增益裕量 应大于6dB（或 ）（6-11）如果取增益裕量 ()则有可得在相位裕量 =45时，其对应的相位为（6-12）因为因为 只能取正值，故解得只能取正值，故解得 如果取相位裕量如果取相位裕量 ，则式，则式（6-136-13）中的所对应）中的所对应的对数幅值的对数幅值（6-13）（6-14）由式（由式（6-136-13）和（）和（6-146-14）可解得）可解得 当开环增益当开环增益 取式（取式（6-126-12）、（）、（6-156-15）中的最小）中的最小值时，就能同时满足值时，就能同时满足 、的要求。的要求。未校正的液压位置伺服系统的阻尼比很小，因此相未校正的液压位置伺服系统的阻尼比很小，因此相位裕量比较大，一般为位裕量比较大，一般为70708080，可根据式（，可根据式（6-6-1212）确定。）确定。（6-15）根据式（6-12）和（6-15）可画出无因次增益与阻尼比的关系曲线 以液压阻尼比为参变量，选择无因次开环增益，可以液压阻尼比为参变量，选择无因次开环增益，可近似认为闭环频率响应的谐振峰值近似认为闭环频率响应的谐振峰值 ，此，此时，单位阶跃响应的最大超调量小于时，单位阶跃响应的最大超调量小于23%23%