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第十一章液压位置伺服系统 一 工作原理 伺服阀 油缸 工作台 4 位移传感器 滑动变阻器 电液伺服系统中 位置系统是最常见的 其优点是 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 能控制很大的惯量和产生很大的力和力矩 第一节位置控制系统 液压速度控制系统 系统固有部分由比例 积分 二阶振荡环节组成 二 稳定性分析 在 处出现一个峰值 其对数幅值为 稳定性判据 即 由于 故稳定条件也限制了系统的穿越 频率 即限制了系统的频宽 通常液压阻尼比 故稳定性条件 可写成 可见 被限制在 的20 40 之间 因此 对未经校正的系统要使频宽大于 是很难达到的 为改善系统的性能 采用提高 的措施 也采用 加速度校正或压力负反馈校正来提高 从而 使系统的频宽达到或超过值 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 处的相角 一般要求大于30 60度 幅值裕量 幅值裕量一般应为 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 但要保证有较大的幅值裕 量是不容易的 除非将 值压的很低 第二节系统的误差 一 稳态误差 对于简化的位置系统 式中 取拉氏反变换后 二 静态误差 动力机构死区引起的误差 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 位移传感器的固有误差 调整基准误差等 测量误差 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 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 随工作点变动在很大范围内变化 系统的开环增益 也因伺服阀的流量增益 的 变动而变化 因而造成开环频率特性的浮动 阀在零位区时 最小 空载时 最大 所以位置系统 一般以零位区设计工况 由于 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 二 设计原则 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 a 提高系统的性能 为提高快速性 需具有较高的 值 为了提高 精度 需提高开环增益 两者都要受 的 限制 上升 则下降 由于 与 成正比 应选择较大的 外 干扰产生的误差与 成正比 也要求较 大的 但大尺寸要求较大的伺服阀 使系统功率加大 效率降低 大 流量增益减小 要求 大 b 满足驱动负载的要求 按负载匹配原则选择 使所选的动力机构功率最小 效率高 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 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 其开环传递函数应为 令 则 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 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 实际系统远远比0 707小且是多变的 应采取措施提高和减小的变化 如采用加速度反馈 压差反馈校正提高阻尼比 其它因素 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 减小液压部分的增益 从提高系统刚度考虑 应减小 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 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 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 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 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 串联在系统的前向通路中 通常在功放之前 由于 为使校正后 不变 应调整前置放大 倍 器的增益 使之增大 经校正的的开环传递函数为 校正后图象 确定参数的原则 附近 20dB 10倍频程应足够宽 满足幅值 相位裕量的要求 位于 之间 相位最小的 处的相位裕量最大 和 频上 即要保证 应足够大 以满足快速性的要求 处的裕量 但要保证 调整 满足相位裕量的要求 根据精度确定 的值 检查是否满足稳定性的要求 确定电阻 电容元件 滞后校正的好处 速度放大系数提高 倍后 误差 为未校正前的 系统的稳态和低频闭环刚度提高 低频增益提高 对低频信号的复现 精度提高 滞后校正的不足 系统的频宽稍有降低 系统受某些非线性因素的影响 易产生极限环振荡 所以 应尽量 增大相位裕量 使 系统对参数的变化比较敏感 开环增益变化均影响系统的稳定性 二 加速度和速度负反馈校正 作用 提高阻尼比 用加速度计测取加速度信号 反馈到伺服阀的输入端 由上图知加速度负反馈回路闭环传递函数为 开环传递函数为 加速度和速度反馈校正 由上可见 加速度反馈提高系统的阻尼比 速度反馈提高固有频率 但降低增益和阻尼比 通过调整 调节增益 调节 使阻尼比至所 需要的值 使系统达到或接近 三价最佳 注意经反馈或校正所能提高的阻尼比和固有频率的幅度由及 之间的差距决定 三 压力反馈校正 作用 提高阻尼比 用压差传感器测取 反馈至伺服阀的输入端 构成压力