液压伺服控制3章ppt课件.ppt
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1、采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物1采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物2 液压动力元件液压动力元件 = 液压放大元件液压放大元件 + 液压执行元件液压执行元件 液压放大元件(液压控制元件):液压控制液压放大元件(液压控制元件):液压控制阀阀、伺、伺服服变量泵变量泵 液压执行元件:液压液压执行元件:液压缸缸、液压、液压马达马达 机机-液耦合(换能)元件液耦合(换能)元件 四种基本型式的液压动力元件:
2、四种基本型式的液压动力元件: 阀控阀控(节流控制)系统:阀控缸,阀控马达;(节流控制)系统:阀控缸,阀控马达; 泵控泵控(容积控制)系统:泵控缸、泵控马达。(容积控制)系统:泵控缸、泵控马达。 液压动力元件是一个关键性的部件,它的动态特性在液压动力元件是一个关键性的部件,它的动态特性在很大程度上很大程度上决定决定着整个着整个系统系统的的性能性能。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物3零开口零开口四边滑阀四边滑阀 + 对称对称液压缸液压缸 四通阀控制液压缸四通阀控制液压缸 p1 p2 V1 V2 x
3、p Q1 Q2 一、基本方程一、基本方程 1)液压控制阀的流量方程)液压控制阀的流量方程 2)液压缸流量连续性方程)液压缸流量连续性方程 3)液压缸与负载的力平衡方程)液压缸与负载的力平衡方程(一)滑阀的流量方程(一)滑阀的流量方程 假设:假设: 1)零开口零开口四边滑阀四边滑阀 2)四个节流窗口是)四个节流窗口是匹配对称匹配对称的的 3)供)供油压力恒定油压力恒定,回油压力为零,回油压力为零LcvqLpKxKQ采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物4(二)液压缸流量连续性方程(二)液压缸流量连续性
4、方程 假设:假设: 1)阀与液压缸的连接管道对称且短而粗,管道中的压力)阀与液压缸的连接管道对称且短而粗,管道中的压力损失和管道动态可以忽略损失和管道动态可以忽略 2)液压缸每个工作腔内各处压力相等,油温和体积弹性)液压缸每个工作腔内各处压力相等,油温和体积弹性模量为常数模量为常数 3)液压缸内外泄漏均为层流流动)液压缸内外泄漏均为层流流动总流量总流量 = = 推动活塞推动活塞运动所需流量运动所需流量 + + 经过活塞密封的经过活塞密封的内泄漏内泄漏流量流量 + + 经过活塞杆密封处的经过活塞杆密封处的外泄漏外泄漏流量流量 + + 油液油液压缩压缩和腔体和腔体变形变形所需的流量所需的流量采用P
5、P管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物5流入流入液压缸进油腔的流量:液压缸进油腔的流量:从液压缸回油腔从液压缸回油腔流出流出的流量:的流量:121111)(pCppCdtdpVdtdxAQeiepp 221222)(pCppCdtdpVdtdxAQeiepp 液体是可压缩的。液体是可压缩的。液体液体等效容积弹性模数等效容积弹性模数e e表示容器中油表示容器中油液的容积变化率与压力增长量之间的关系液的容积变化率与压力增长量之间的关系VVpe 28N/m109 . 6 eLPvpAM2Q1Q采用PP管及配件:
6、根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物6dtdpdtdpxAdtdpVdtdpVppCppCdtdxAQQQeppeeippL2120210121212122122dtdpdtdpdtdpppppppppppppLLsLsLs212121212122ppppxAVVxAVV022011 动态动态分析时,需要考虑分析时,需要考虑泄漏泄漏和油液和油液压缩性压缩性的影响,则流入的影响,则流入液压缸的流量与流出液压缸的液压缸的流量与流出液压缸的流量不相等流量不相等,为了简化分析,定,为了简化分析,定义负载流量为:义负载流量为
7、:221QQQL采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物721VVVt 2eitCCC要使压缩流量相等,要使压缩流量相等,应应使液压缸两腔的使液压缸两腔的初始容积相等初始容积相等,即,即LtLetppLpCdtdpVdtdxAQ 4活塞在活塞在中间中间位置时,位置时, 1 1)液体压缩性影响最大,固有频率最低)液体压缩性影响最大,固有频率最低 2 2)阻尼比最小)阻尼比最小因此,因此,系统稳定性最系统稳定性最差。所以,分析时,应取活塞的中间位置作为初差。所以,分析时,应取活塞的中间位置作为初始位置。始
8、位置。流量方程可整理成流量方程可整理成 :推动推动液压缸运动所需流量液压缸运动所需流量+总泄漏总泄漏流量流量+总压缩总压缩流量流量20201022011211211tppppeeVVVxAVVxAVVdtdpdtdpdtdpVdtdpV采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物8(三)液压缸和负载的力平衡方程(三)液压缸和负载的力平衡方程 负载力一般包括惯性力、粘性阻尼力、弹性力和任意外负负载力一般包括惯性力、粘性阻尼力、弹性力和任意外负载力。载力。 液压缸的输出力与负载力的平衡方程为:液压缸的输出力与
9、负载力的平衡方程为:LpppptLpFkxdtdxBdtxdMpA 22 此外,还存在库仑摩擦等非线性负载,但采用线性化的方此外,还存在库仑摩擦等非线性负载,但采用线性化的方法分析系统的动态特性时,必须将这些法分析系统的动态特性时,必须将这些非线性负载忽略非线性负载忽略。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物9LtetppLpCsVsxAQ)4( LpptLpFxksBsMpA )(2二、方块图与传递函数二、方块图与传递函数阀控液压缸的三个基本方程完全描述了阀控液压缸的动态特阀控液压缸的三个基本方程
10、完全描述了阀控液压缸的动态特性,将其拉式变换,则:性,将其拉式变换,则:LcvqLpKxKQKq-+xvxpQLFLMts2+Bps+kpA1KctetCsV 4s1pA1适合于适合于负载负载惯量小惯量小、动动态过程较快态过程较快的场合。的场合。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物10Kq-+xvxpPLFLpAtetcCsVK41sApksBsMpt21适合于适合于负载惯量和泄漏负载惯量和泄漏系数都较大系数都较大,而,而动态过动态过程比较缓慢程比较缓慢的场合。的场合。LtetppLpCsVsxA
11、Q)4( LpptLpFxksBsMpA )(2LcvqLpKxKQ采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物11合并三个基本方程,消去中间交量合并三个基本方程,消去中间交量QL及及pL,可得到阀芯输入,可得到阀芯输入位移和外负载力同时作用时液压缸活塞的总输出位移:位移和外负载力同时作用时液压缸活塞的总输出位移:222222322) 14()4(4) 14(pcepceppetpetpptcepettLceetpcevpqpAkKsAKBAkVsAVBAMKsAMVFsKVAKxAKx 式中, ,包括泄
12、漏在内的总的压力流量系数。tcceCKK液压缸活塞的液压缸活塞的空载速度空载速度外负载力作用引起的外负载力作用引起的速度降低速度降低惯性力、粘性力、弹性力变化引起的惯性力、粘性力、弹性力变化引起的压缩流量压缩流量所产生的活塞速度所产生的活塞速度惯性力、粘性力、弹性力引起的惯性力、粘性力、弹性力引起的泄漏流量泄漏流量所产生的活塞速度所产生的活塞速度活塞活塞运动速度运动速度采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物12(一)没有弹性负载(一)没有弹性负载 (K=0)的情况)的情况 1)很多情况,以惯性负载为
13、主。)很多情况,以惯性负载为主。 2)液压马达伺服系统中,弹性负载很少见。)液压马达伺服系统中,弹性负载很少见。 3)粘性阻尼系数)粘性阻尼系数Bp一般很小,所以由粘性摩擦力引起的一般很小,所以由粘性摩擦力引起的泄漏流量所产生的活塞速度比活塞的运动速度小得多,可忽泄漏流量所产生的活塞速度比活塞的运动速度小得多,可忽略不计。略不计。三、传递函数简化三、传递函数简化对特征方程的简化。因式分解,对特征方程的简化。因式分解,化为标准形式化为标准形式。 1441422222sAVBAMKsAMVsFsKVAKxAKxpetpptcepettLceetpcevpqp) 12() 14(222 sssFsK
14、VAKxAKxhhhLceetpcevpqp或或式中式中 h 液压固有频率液压固有频率 h阻尼比阻尼比采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物13ttpehVMA24 tetppttepcehMVABVMAK4 如果粘性摩擦系数如果粘性摩擦系数Bp可以略去,则可以略去,则 22ptcehhAMK ttepcehVMAK 对于对于指令输入指令输入xv的传递函数为:的传递函数为:) 12(/22 sssAKxxhhhpqvp对于对于干扰输入干扰输入FL的传递函数为:的传递函数为:) 12() 14(222
15、ssssKVAKFxhhhceetpceLp采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物14(二)有弹性负载(二)有弹性负载 (K0)的情况)的情况阀控液压缸中阀控液压缸中,弹性负载比较常见:,弹性负载比较常见:1)带对中弹簧的功率级滑阀)带对中弹簧的功率级滑阀2)材料试验机的负载是硬弹簧)材料试验机的负载是硬弹簧22222322144414pcepetpetpptcepettLceetpcevpqpAkKsAkVsAVBAMKsAMVFsKVAKxAKx2223212) 14(pcehhhhLceetp
16、cevpqpAkKskkssFsKVAKxAKx或或粘性阻尼系数粘性阻尼系数Bp一般很小一般很小所以:所以:12ppceABKkh 液压弹簧刚度:液压缸液压弹簧刚度:液压缸完全封闭完全封闭的两腔由于的两腔由于液体液体的的压缩性压缩性而形成的而形成的采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物15hhkk10tphtceeMBkkVK1421001/112/112111002002hpcehpcehhkkAkKkkAkKkkkk2002022112) 14(pcehLceetpcevpqpAkKskkssF
17、sKVAKxAKx0 综合固有频率综合固有频率 0综合阻尼比综合阻尼比将将对应项系数相等对应项系数相等,可得:,可得:112242hppcehptcekkkABKkkAkMK11122hppcehppcekkkABKkkkABK12ppceABK1122hptcekkAkMK满足满足 时,有:时,有:采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物1612114100202sssFsKVkxkAKxrLceetvppspceqpsKKKhpcehpcerkkAKkkAkK11122Kps 总压力增益总压力增益
18、 r惯性环节的转折频率惯性环节的转折频率稳态时阀输入位移所引起的液压缸活塞的稳态时阀输入位移所引起的液压缸活塞的输出位移输出位移外负载力作用所引起的活塞输出外负载力作用所引起的活塞输出位移的减小量位移的减小量时1hkk12142222ssAkKsFsKVAKxAKxhhhpceLceetpcevpqp1)弹性负载使)弹性负载使积分环节变积分环节变成惯性环节成惯性环节2)随着负载弹簧刚度减小,)随着负载弹簧刚度减小,转折频率将变低,惯性环节转折频率将变低,惯性环节接近积分环节接近积分环节采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度
19、,保持熔接部位干净无污物17(三)其它的简化情况(三)其它的简化情况0, 0, 0) 1kBMpet惯性环节的转折频率,112112tceppqptcepqvpMKAssAKsAMKsAKxx,0)2ek,惯性环节的转折频率,11122hpcerrpqpcehpqvpkkAkKsAKAkKskkAKxx0, 0, 0) 3ptBkMsAKxxpqvp/0, 0ptBM采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物18是负载是负载质量质量与液压缸工作腔中的油也压缩性所形成的与液压缸工作腔中的油也压缩性所形成的
20、液压弹簧液压弹簧相互作用相互作用的结果。的结果。 假设:假设:液压缸液压缸无摩擦、无泄漏无摩擦、无泄漏由于液体的压缩性,当活塞受到由于液体的压缩性,当活塞受到外力外力作用产生位移时,作用产生位移时,一腔压力升高一腔压力升高,另另一腔压力降低一腔压力降低2)液压固有频率)液压固有频率 ppexVAp11ppexVAp22ppepxVVAppA212211121211VVAkpehpxFV左VpAP压力1V2V被压缩液体产生的被压缩液体产生的复位力复位力与活塞位移成与活塞位移成比例,其作用比例,其作用相当于一个线性液压弹簧相当于一个线性液压弹簧,总液压弹簧刚度为:总液压弹簧刚度为:总液压弹簧刚度是
21、液压缸两腔液压弹簧刚度的总液压弹簧刚度是液压缸两腔液压弹簧刚度的。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物19Mtkhx 弹簧-质量系统时2021tVVVVtpepehVAVAk20242ttpetpethhMVAMVAMk20242当活塞处在当活塞处在中间位置中间位置时,液压弹簧时,液压弹簧刚度最小刚度最小,当在两端时,当在两端时,V1或或V2为零,液压弹簧刚度最大。为零,液压弹簧刚度最大。液压弹簧与负载质量相互作用所构成系统的固有频率,中间位置液压弹簧与负载质量相互作用所构成系统的固有频率,中间位
22、置时,其值为:时,其值为:液压弹簧刚度是在液压缸两腔完全封闭的情况下推导出来的,液压弹簧刚度是在液压缸两腔完全封闭的情况下推导出来的,实实际上际上由于阀的开度和液压缸的由于阀的开度和液压缸的泄漏泄漏的影响,液压缸不可能完全封的影响,液压缸不可能完全封闭,因此在闭,因此在。动态动态时,在一定频率范围内时,在一定频率范围内来不及泄漏来不及泄漏,相等于一种密封状态,相等于一种密封状态,因此液压弹簧是一个因此液压弹簧是一个动态弹簧动态弹簧。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物20在液压伺服系统中,在液压伺
23、服系统中,液压固有频率液压固有频率限制了系统的限制了系统的响应速度响应速度。提高提高液压液压固有频率的固有频率的方法方法:(1)增大液压缸活塞面积)增大液压缸活塞面积Ap(有时,(有时,Ap主要由负载决定)主要由负载决定) h与与Ap不成比例关系不成比例关系 压缩容积压缩容积Vt随之增大随之增大 同样的负载速度,所需负载流量增大,阀、连接管道、液压能源同样的负载速度,所需负载流量增大,阀、连接管道、液压能源装置的尺寸重量也随之增大装置的尺寸重量也随之增大(2)减小总压缩容积)减小总压缩容积Vt (主要是减少无效容积和连接管道容积)(主要是减少无效容积和连接管道容积) 使阀靠近液压缸,最好装在一
24、起使阀靠近液压缸,最好装在一起 选择合适的执行元件:长行程输出力小时用液压马达,反之用液选择合适的执行元件:长行程输出力小时用液压马达,反之用液压缸压缸(3)减小折算到活塞上的总质量)减小折算到活塞上的总质量Mt(活塞活塞质量质量 + 负载负载折算到活塞上折算到活塞上的质量的质量 + 液压缸液压缸两腔的油液两腔的油液质量质量 + 阀与液压缸连接阀与液压缸连接管道中的油液管道中的油液折折算质量)算质量)(4)提高油液的有效体积模量)提高油液的有效体积模量e e(7001400MPa,或实测),或实测) 影响因素:受影响因素:受油液油液压缩性、管道及刚体压缩性、管道及刚体机械柔性机械柔性、油液中所
25、含、油液中所含空气空气(最严重)(最严重) 要尽量减少混入空气,避免使用软管要尽量减少混入空气,避免使用软管220aAmpttpehMVA24采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物21tetppttepcehMVABVMAK4 3)液压阻尼比)液压阻尼比决定因素:总流量决定因素:总流量-压力系数压力系数Kce、负载粘性阻尼、负载粘性阻尼Bp因为:因为:BpKce,Ctp1,其,其变化范围达变化范围达2030倍倍。因此,是一个难以预测的软量。因此,是一个难以预测的软量。是液压伺服系统的一个特点是液压伺
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