第六章电液伺服系统

1、第六章第六章 电液伺服系统电液伺服系统6-1 6-1 电液伺服系统的类型电液伺服系统的类型 电液伺服系统分类方法很多，可以从不同电液伺服系统分类方法很多，可以从不同的角度分类，例如位置控制、速度控制、的角度分类，例如位置控制、速度控制、力控制等；阀控系统、泵控系统；大功率力控制等；阀控系统、泵控系统；大功率系统、小功率系统；开环控制系统、闭环系统、小功率系统；开环控制系统、闭环控制系统等。控制系统等。 根据输入信号的形式不同，还可以分为模根据输入信号的形式不同，还可以分为模拟伺服系统和数字伺服系统两类。下面对拟伺服系统和数字伺服系统两类。下面对模拟伺服系统和数字伺服系统作一简单介模拟伺服系统和

2、数字伺服系统作一简单介绍。绍。一、模拟伺服系统一、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，如图在模拟伺服系统中，全部信号都是连续的模拟量，如图6-16-1所示。所示。电信号可以是直流量，也可以是交流量。直流量和交流量相电信号可以是直流量，也可以是交流量。直流量和交流量相互转换可以通过调制器和解调器完成。互转换可以通过调制器和解调器完成。 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）。伺服系统的精度在很大程度上取决对精度低）。伺服系统的精度在很大程度上取决于检测装置的精度，而模拟式检测装置的精度一于检测装置的精度，而模拟式检测装置

3、的精度一般低于数字式检测装置，所以模拟伺服系统分辨般低于数字式检测装置，所以模拟伺服系统分辨能力低于数字模拟伺服系统。能力低于数字模拟伺服系统。 模拟伺服系统中微小信号容易受到噪声和零漂的模拟伺服系统中微小信号容易受到噪声和零漂的影响，因此当输入信号接近或小于输入端的噪声影响，因此当输入信号接近或小于输入端的噪声和零漂时，就不能进行有效的控制了。和零漂时，就不能进行有效的控制了。二、数字伺服系统二、数字伺服系统v 在数字伺服系统中，全部或部分信号是离散参量。因此数字在数字伺服系统中，全部或部分信号是离散参量。因此数字伺服系统又分为伺服系统又分为全数字伺服系统全数字伺服系统和和数字数字- -模拟

4、伺服系统模拟伺服系统。v 在全数字伺服系统中，动力元件必须能够接受数字信号，可在全数字伺服系统中，动力元件必须能够接受数字信号，可采用数字阀或电液步进马达。采用数字阀或电液步进马达。v 数字数字- -模拟混合式伺服系统，如图模拟混合式伺服系统，如图6-26-2所示。数字装置发出的所示。数字装置发出的指令脉冲与反馈脉冲相比较后产生数字偏差，经指令脉冲与反馈脉冲相比较后产生数字偏差，经数模转换器数模转换器把信号变为模拟偏差电压，后面的动力部分不变，仍是模拟把信号变为模拟偏差电压，后面的动力部分不变，仍是模拟元件。系统输出通过数字检测器（即元件。系统输出通过数字检测器（即模数转换器模数转换器）变为反

5、馈）变为反馈脉冲信号。脉冲信号。 数字检测装置具有很高的分辨能力，所以数字数字检测装置具有很高的分辨能力，所以数字伺服系统可以得到很高的绝对精度。数字伺服伺服系统可以得到很高的绝对精度。数字伺服系统的输入信号是很强的脉冲电压，受模拟量系统的输入信号是很强的脉冲电压，受模拟量的噪声和零漂的影响很小。因此，当要求较高的噪声和零漂的影响很小。因此，当要求较高的绝对精度，而不是重复精度时，常采用数字的绝对精度，而不是重复精度时，常采用数字伺服系统。伺服系统。 数字伺服系统还能运用计算机对信息进行存贮、数字伺服系统还能运用计算机对信息进行存贮、解算和控制，在大系统中实现多环路、多参量解算和控制，在大系统

6、中实现多环路、多参量的实时控制，因此发展前景广阔。但是，从经的实时控制，因此发展前景广阔。但是，从经济性、可靠性方面来看，简单的伺服系统仍以济性、可靠性方面来看，简单的伺服系统仍以采用模拟控制为宜。采用模拟控制为宜。6-2 6-2 电液位置伺服系统的分析电液位置伺服系统的分析 电液位置伺服系统是最基本和最常用电液位置伺服系统是最基本和最常用的液压伺服系统，如机床工作台的位的液压伺服系统，如机床工作台的位置、板带扎机的板厚、带材跑偏控制、置、板带扎机的板厚、带材跑偏控制、飞机和舰船的舵机控制、雷达和火炮飞机和舰船的舵机控制、雷达和火炮控制系统以及振动试验台等。在其它控制系统以及振动试验台等。在其

7、它物理量的控制系统中，如速度控制和物理量的控制系统中，如速度控制和力控制系统中，也常用位置控制小回力控制系统中，也常用位置控制小回路作为大回路中的一个环节。路作为大回路中的一个环节。一、系统的组成及其传递函数一、系统的组成及其传递函数电液伺服系统的动力元件有阀控式和泵控电液伺服系统的动力元件有阀控式和泵控式两种基本型式，但是由于其所采用的指式两种基本型式，但是由于其所采用的指令装置、反馈测量装置和相应的放大、校令装置、反馈测量装置和相应的放大、校正的电子部件不同，就构成了不同的系统。正的电子部件不同，就构成了不同的系统。如果采用电位器作为指令装置和反馈装置，如果采用电位器作为指令装置和反馈装置

8、，就可以构成就可以构成直流电液位置伺服系统直流电液位置伺服系统；如果；如果采用自整角机或旋转变压器作为指令装置采用自整角机或旋转变压器作为指令装置和反馈装置，就可以构成和反馈装置，就可以构成交流电液位置伺交流电液位置伺服系统服系统。图图6-36-3为采用自整角机作为角测量装置的电为采用自整角机作为角测量装置的电液位置伺服系统。液位置伺服系统。Ue /(r- c)= Ke Ug /Ue= Kd aiugI /Ug= Ka 12)(220ssKIQsGKsvsvsvsvsvsv1)(0sTKIQsGKsvsvsvsvsvsvsvKIQsGK0)(伺服阀的时间常数。伺服阀的阻尼比；伺服阀的固有频率；

9、伺服阀的空载流量；时伺服阀的传递函数；伺服阀的流量增益；svsvsvsvsvsvTQKsGK01)() 12()41 (2220sssTsKViDKDQhhhLceetmcemm齿轮传动比。iiimccm1或 ) 12()()(22ssssGKsHsGhhhsvv。大系数），开环增益（也称速度放msvadevviDKKKKKK ) 12()(22sssKsHsGhhhv 系统的开环传递函数的形式与第四章所讨论的机液伺服位置系统的开环传递函数的形式与第四章所讨论的机液伺服位置系统开环传递函数的形式相同，故系统的稳定性条件仍为系统开环传递函数的形式相同，故系统的稳定性条件仍为hhvK222122h

10、hhhvhhvKK二、系统稳定性和动态品质分析二、系统稳定性和动态品质分析 系统的闭环传递函数为系统的闭环传递函数为) 12)(1(122sssncncncbrc) 14() 12)(1()(222sKVsssKiDKTceetncncncbcemveLcemvcLKiDKT20)(。闭环振荡环节的阻尼比率；闭环振荡环节的固有频率；闭环惯性环节的转折频ncncb 速度误差、负载误差和由静摩擦力矩引起的不灵敏区（死区）速度误差、负载误差和由静摩擦力矩引起的不灵敏区（死区）的计算与第四章所讨论的机液伺服位置系统一样。的计算与第四章所讨论的机液伺服位置系统一样。 除了速度误差、负载误差和由静摩擦力矩

11、引起的不灵敏区外，除了速度误差、负载误差和由静摩擦力矩引起的不灵敏区外，还有伺服放大器零漂、伺服阀零漂及死区等引起的位置误差。还有伺服放大器零漂、伺服阀零漂及死区等引起的位置误差。伺服放大器零漂、伺服阀零漂及死区和负载的静摩擦力矩等伺服放大器零漂、伺服阀零漂及死区和负载的静摩擦力矩等所引起的总位置误差就是系统的总静态误差所引起的总位置误差就是系统的总静态误差。这部分误差的。这部分误差的计算可参考图计算可参考图6-126-12。三、系统稳态误差分析三、系统稳态误差分析 由静摩擦力矩引起的静态位置误差为由静摩擦力矩引起的静态位置误差为221mvfcecDiKTKmsvfceDiDKTKI1adeD

12、dcKKKII2伺服阀的死区电流值。伺服阀的零漂电流；DdIIadecKKKI图图6-136-13所示电液位置伺服系统：所示电液位置伺服系统： 已知：液压缸有效面积已知：液压缸有效面积Ap=168=1681010-4-4m m3 3，系统总流量，系统总流量- -压力系压力系数数Kce=1.2=1.21010-11-11m m3 3/sPa/sPa，最大工作速度，最大工作速度vm= 2.2= 2.21010-2-2m/sm/s，最大静摩擦力最大静摩擦力Ff=1.75=1.7510104 4N N，伺服阀零漂和死区电流总计为，伺服阀零漂和死区电流总计为15mA15mA。 要求：增益裕量要求：增益裕

13、量6dB6dB。 试确定：放大器增益、穿越频率和相位裕量；求系统的跟随误试确定：放大器增益、穿越频率和相位裕量；求系统的跟随误差和静态误差。差和静态误差。四四 、计算举例、计算举例 系统开环传递函数为系统开环传递函数为 ) 1883 . 0288)(11577 . 02157()(2222sssssKsHsGvA/m8 .21195. 51096. 13vaKK 系统的跟随误差为系统的跟随误差为 m1089. 0m7 .24102 . 232vmrKveA1038. 6A101681096. 1102 . 1343111fpsvceDFAKKIm101 . 0m8 .2111038. 6153

14、3apKIx6-3 6-3 电液位置伺服系统的校正电液位置伺服系统的校正对液压伺服系统校正时应注意以下特点：对液压伺服系统校正时应注意以下特点： 液压位置伺服系统的开环传递函数通常液压位置伺服系统的开环传递函数通常可以简化为一个积分环节和一个振荡环可以简化为一个积分环节和一个振荡环节，而液压阻尼比一般都比较小，使得节，而液压阻尼比一般都比较小，使得增益裕量不足，相位裕量有余。增益裕量不足，相位裕量有余。 参数变化较大，特别是阻尼比随工作点参数变化较大，特别是阻尼比随工作点变动在很大的范围内变化。变动在很大的范围内变化。 滞后校正的主要作用是滞后校正的主要作用是：通过提：通过提高低频段增益，减小

15、系统的稳态高低频段增益，减小系统的稳态误差，或者在保证系统稳态精度误差，或者在保证系统稳态精度的条件下，通过降低系统高频段的条件下，通过降低系统高频段的增益，以保证系统的稳定性。的增益，以保证系统的稳定性。 图图6-15a6-15a为一种由电阻、电容组成为一种由电阻、电容组成的滞后校正网络，其传递函数为的滞后校正网络，其传递函数为一、滞后校正一、滞后校正11)()()(0rcrcicasssususG。滞后超前比，为电阻及电容；、，超前环节的转折频率，11CRRCrcrc 图图6-56-5所示的位置伺服系所示的位置伺服系统加入滞后校正后，系统加入滞后校正后，系统的开环传递函数为统的开环传递函数

16、为。，校正后的速度放大系数vvcvcKKK) 12)(1() 1()()(22sssassKsGsGhhhrcrcvcc设计滞后校正网络主要是确定参数设计滞后校正网络主要是确定参数c、rc和和。设计步骤如下：。设计步骤如下：1）根据稳态误差的要求，确定系统的速度放大系数）根据稳态误差的要求，确定系统的速度放大系数Kvc 。2）利用已经确定的）利用已经确定的Kvc，画出未校正系统的伯德图，如图，画出未校正系统的伯德图，如图6-16中中的曲线的曲线2，检查未校正系统的相位裕量和增益裕量，看是否满，检查未校正系统的相位裕量和增益裕量，看是否满足要求。足要求。3）如果不满足要求，则应根据相位裕量和增益

17、裕量的要求确定）如果不满足要求，则应根据相位裕量和增益裕量的要求确定新的增益穿越频率新的增益穿越频率c。在。在c处的相位为：处的相位为：c(c)=-180+(512) 式中，式中，是要求的是要求的相位裕量，增加相位裕量，增加512是为了补偿滞后是为了补偿滞后网络在网络在c处引起的相位滞后。处引起的相位滞后。rc靠近靠近c时取大值，反之取小时取大值，反之取小值。在伯德图根据上式可确定出值。在伯德图根据上式可确定出c。在。在h比较小时，增益裕比较小时，增益裕量难以保证，应根据增益裕量确定量难以保证，应根据增益裕量确定c ，然后检查相位裕量是，然后检查相位裕量是否满足要求。否满足要求。4）选择转折频

18、率）选择转折频率rc。为了减小滞后网络对。为了减小滞后网络对c处相位滞后的影响，处相位滞后的影响，应使应使rc低于新增益穿越频率低于新增益穿越频率c的的110倍频程，一般可取：倍频程，一般可取：rc =(1/41/5) c 。5）确定滞后超前比）确定滞后超前比 。由。由Kvc = Kv = c ，可定出，可定出 。 一般在一般在1020之间，通常取之间，通常取=10。注意几点：注意几点： 滞后校正使速度放大系数提高了滞后校正使速度放大系数提高了倍，因此使速度误差减小了倍，因此使速度误差减小了倍，从而提高了闭环刚度，减小了负载误差。由于回路增益倍，从而提高了闭环刚度，减小了负载误差。由于回路增益

19、提高，减小了元件参数变化和非线性影响。提高，减小了元件参数变化和非线性影响。 滞后校正降低了穿越频率，使穿越频率两侧的相位滞后增大，滞后校正降低了穿越频率，使穿越频率两侧的相位滞后增大，特别是低频侧相位滞后较大。如果低频相位小于特别是低频侧相位滞后较大。如果低频相位小于180180，在开，在开环减小时，系统稳定性就变坏，甚至变得不稳定。环减小时，系统稳定性就变坏，甚至变得不稳定。 上述上述滞后校正网络是无源校正网络，为了补偿滞后校正网络滞后校正网络是无源校正网络，为了补偿滞后校正网络的衰减，需将放大器的增益增加的衰减，需将放大器的增益增加倍，或增设增益放大装置。倍，或增设增益放大装置。为了克服

20、这个缺点，常采用调节器校正。调节器是以运算放为了克服这个缺点，常采用调节器校正。调节器是以运算放大器为基础组成的。运算放大器的增益很高，可以很容易组大器为基础组成的。运算放大器的增益很高，可以很容易组成并实现各种调节功能。成并实现各种调节功能。 速度反馈校正的主要作用是速度反馈校正的主要作用是：提高主回路的：提高主回路的静态刚度，减小速度反馈回路内的干扰和非静态刚度，减小速度反馈回路内的干扰和非线性的影响，提高系统的静态精度。线性的影响，提高系统的静态精度。 加速度反馈校正的主要作用是加速度反馈校正的主要作用是：提高系统的：提高系统的阻尼。低阻尼是限制液压伺服系统性能指标阻尼。低阻尼是限制液压

21、伺服系统性能指标的主要原因，如果能将阻尼比提高到的主要原因，如果能将阻尼比提高到0.40.4以以上，系统的性能就可以得到显著的改善。上，系统的性能就可以得到显著的改善。 根据需要速度反馈和加速度反馈可以单独使根据需要速度反馈和加速度反馈可以单独使用，也可以联合使用。用，也可以联合使用。二、速度与加速度反馈校正二、速度与加速度反馈校正图图6-17为图为图6-4所示位置伺服系统加入速度与加速度反馈校正所示位置伺服系统加入速度与加速度反馈校正后的简化方块图。利用测速发电机可以将马达的转速转换为后的简化方块图。利用测速发电机可以将马达的转速转换为反馈电压信号；在速度反馈电压信号后面再接上微分电路或反馈

22、电压信号；在速度反馈电压信号后面再接上微分电路或微分放大器，就可以得到加速度反馈电压信号。将速度与加微分放大器，就可以得到加速度反馈电压信号。将速度与加速度电压信号反馈到功率放大器的输入端，就构成了速度与速度电压信号反馈到功率放大器的输入端，就构成了速度与加速度反馈。加速度反馈。假定伺服阀响应很快，把它看成比例环节，即假定伺服阀响应很快，把它看成比例环节，即KsvGsv(s) =Ksv ，则可得速度与加速度反馈校正回路的闭环传递函数为则可得速度与加速度反馈校正回路的闭环传递函数为11211/121221sKKKssKDKKUhhhhmsvagm。校正回路的开环增益，只有加速度反馈校正时；正回路

23、的开环增益，只有速度反馈校正时校mfasvamfvsvaDKKKKKDKKKKK1211 11211/121221sKKKssKKsHsGhhhhv。增益，系统未加校正时的开环iDKKKKKKmsvadevv/只有速度反馈校正时，只有速度反馈校正时，K2 =0。此时，速度反馈校正使位置系。此时，速度反馈校正使位置系统的开环增益降低为统的开环增益降低为Kv/(1+K1)，固有频率增大为，固有频率增大为h(1+K1)1/2 ，阻尼比下降为阻尼比下降为h /(1+K1)1/2 。开环增益的下降可以通过调整前。开环增益的下降可以通过调整前置放大器的增益置放大器的增益Ka加以补偿。校正后的固有频率和阻尼

24、比的乘加以补偿。校正后的固有频率和阻尼比的乘积等于校正前的固有频率和阻尼比的乘积，阻尼比的减小恰好积等于校正前的固有频率和阻尼比的乘积，阻尼比的减小恰好抵消了固有频率的提高。因此，系统允许的开环放大系数没有抵消了固有频率的提高。因此，系统允许的开环放大系数没有变化，但固有频率的提高为系统频宽的提高创造了条件。如果变化，但固有频率的提高为系统频宽的提高创造了条件。如果能通过其它途径提高阻尼比，就可以提高系统的频宽。能通过其它途径提高阻尼比，就可以提高系统的频宽。速度反馈校正在液压马达不动时不起作用，系统的开环增益等速度反馈校正在液压马达不动时不起作用，系统的开环增益等于未加校正时的的开环增益于未

25、加校正时的的开环增益Kv。当液压马达运动时才有反馈信。当液压马达运动时才有反馈信号，并使系统开环增益大幅度降低，有利于系统的稳定。因此，号，并使系统开环增益大幅度降低，有利于系统的稳定。因此，液压马达不动时的开环增益液压马达不动时的开环增益Kv可以取得很高，通常取可以取得很高，通常取Kv =40005000 1/s，使系统具有很高的静态刚度。此外，由于，使系统具有很高的静态刚度。此外，由于速度反馈回路包围了功率放大器、伺服阀和液压马达等，而速速度反馈回路包围了功率放大器、伺服阀和液压马达等，而速度反馈回路的开环增益又比较高，一般为度反馈回路的开环增益又比较高，一般为100200 1/s，所以，

26、所以被速度反馈回路包围的元件的非线性，如死区、间隙、滞环以被速度反馈回路包围的元件的非线性，如死区、间隙、滞环以及元件参数的变化、零漂都将受到抑制。及元件参数的变化、零漂都将受到抑制。只有加速度反馈校正时，只有加速度反馈校正时，K1=0。此时，系统的开环增益。此时，系统的开环增益Kv和固和固有频率有频率h均不变。阻尼比因均不变。阻尼比因K2而增加。因此增加而增加。因此增加K2可以显著降可以显著降低谐振峰值。降低谐振峰值降低，既可以提高稳定性又可以使低谐振峰值。降低谐振峰值降低，既可以提高稳定性又可以使幅频特性曲线上移，从而提高系统的开环增益和频宽。而开环幅频特性曲线上移，从而提高系统的开环增益

27、和频宽。而开环增益的提高又可以提高系统的刚度以及精度。增益的提高又可以提高系统的刚度以及精度。加速反馈提高了系统的阻尼，速度反馈提高了系统的固有频率，加速反馈提高了系统的阻尼，速度反馈提高了系统的固有频率，但降低了增益和阻尼。如果同时采用速度反馈和加速度反馈，但降低了增益和阻尼。如果同时采用速度反馈和加速度反馈，通过调节前置放大器增益通过调节前置放大器增益Kd，把系统的增益调到合适的位置，把系统的增益调到合适的位置，通过调整反馈系数通过调整反馈系数Kfv、 Kfa把固有频率和阻尼比调到合适的数把固有频率和阻尼比调到合适的数值，系统的动态及静态指标即可以全面得到改善。值，系统的动态及静态指标即可

28、以全面得到改善。设具有速度和加速度反馈校正的固有频率与阻尼比分别为设具有速度和加速度反馈校正的固有频率与阻尼比分别为h和和h ，则有，则有12112/21KKKhhhhhhh K1K2KfvKfa 采用压力反馈和动压反馈校正的目的是采用压力反馈和动压反馈校正的目的是：提：提高系统的阻尼。负载压力随系统的动态而变高系统的阻尼。负载压力随系统的动态而变化，当系统振动加剧时，负载压力也增大。化，当系统振动加剧时，负载压力也增大。如果将负载压力加以反馈，使输入系统的流如果将负载压力加以反馈，使输入系统的流量减少，则系统的振荡将减弱，起到了增加量减少，则系统的振荡将减弱，起到了增加系统阻尼的作用。系统阻

29、尼的作用。 可以采用压力反馈伺服阀或动压反馈伺服阀可以采用压力反馈伺服阀或动压反馈伺服阀实现压力反馈和动压反馈。也可以采用液压实现压力反馈和动压反馈。也可以采用液压机械网络或电反馈实现压力反馈和动压反馈。机械网络或电反馈实现压力反馈和动压反馈。 在图在图6-46-4所示的位置伺服系统中加上压力反馈后的简化方块所示的位置伺服系统中加上压力反馈后的简化方块图，如图图，如图6-186-18所示。图中用压差或压力传感器测取液压马所示。图中用压差或压力传感器测取液压马达的负载压力达的负载压力PL并反馈到功率放大器的输入端，构成压力并反馈到功率放大器的输入端，构成压力反馈。反馈。（一）压力反馈校正（一）压

30、力反馈校正 压力反馈回路的闭环传递函数为压力反馈回路的闭环传递函数为12/22sssDKKUhhhmsvagmttemfpsvacemhtfpsvahhhVJDKKKKDJKKK22校正后的阻尼比， 1222sssKsHsGhhhv。系统的开环增益，iDKKKKKKmsvadevv/ 采用动压反馈校正可以提高系统的阻尼，而又不降低系统的采用动压反馈校正可以提高系统的阻尼，而又不降低系统的静刚度。静刚度。将压力传感器的放大器换成微分放大器，就可以构将压力传感器的放大器换成微分放大器，就可以构成动压反馈，其方块图如图成动压反馈，其方块图如图6-196-19所示。所示。 采用压力反馈或动压反馈提高系

31、统阻尼，同样受局部反馈回采用压力反馈或动压反馈提高系统阻尼，同样受局部反馈回路稳定性的限制。当过高时，由于伺服阀等小参数的影响，路稳定性的限制。当过高时，由于伺服阀等小参数的影响，局部反馈回路就会变得不稳定。局部反馈回路就会变得不稳定。（二）动压反馈校正（二）动压反馈校正 电液速度控制系统按控制方式可分为：电液速度控制系统按控制方式可分为：阀控阀控液压马达速度控制系统和泵控液压马达速度液压马达速度控制系统和泵控液压马达速度控制系统控制系统。阀控马达系统一般用于小功率系。阀控马达系统一般用于小功率系统，而泵控马达系统一般用于大功率系统。统，而泵控马达系统一般用于大功率系统。 电液速度控制系统常用

32、于原动机调速、机床电液速度控制系统常用于原动机调速、机床进给装置的速度控制以及雷达天线、炮塔、进给装置的速度控制以及雷达天线、炮塔、转台等装备的速度控制。在电液位置伺服系转台等装备的速度控制。在电液位置伺服系统中也经常采用速度局部反馈回路来提高系统中也经常采用速度局部反馈回路来提高系统的刚度和减小伺服阀等参数变化的影响，统的刚度和减小伺服阀等参数变化的影响，提高系统的精度。提高系统的精度。6-4 6-4 电液速度控制系统电液速度控制系统 在图在图6-206-20是用伺服阀控制液压马达的电液速度控制系统。是用伺服阀控制液压马达的电液速度控制系统。如果忽略伺服放大器和伺服阀的动态，并假定负载为简单

33、如果忽略伺服放大器和伺服阀的动态，并假定负载为简单的惯性负载，则系统的方块图如图的惯性负载，则系统的方块图如图6-216-21所示。所示。一、阀控马达速度控制系统一、阀控马达速度控制系统 系统的开环传递函数为系统的开环传递函数为12)()(220ssKsHsGhhh测速机增益。伺服阀流量增益；放大器增益；系统开环增益，fvsvamfvsvaKKKDKKKKK/00 系统开环伯德图如图系统开环伯德图如图6-22所示。在穿越频率所示。在穿越频率c处的斜率为处的斜率为- -40dB/10 40dB/10 octoct，因此系统相位裕量很小，特别是在阻尼比较小因此系统相位裕量很小，特别是在阻尼比较小时

34、更是如此。此系统虽属稳定，但是在简化的情况下地出的。时更是如此。此系统虽属稳定，但是在简化的情况下地出的。如果在如果在c和和h之间有其它被忽略的环节，这时穿越频率处的之间有其它被忽略的环节，这时穿越频率处的斜率将变为斜率将变为-60dB/10 -60dB/10 octoct或或-80dB/10 -80dB/10 octoct，系统将不稳定。系统将不稳定。因此系统必须加校正才能稳定。因此系统必须加校正才能稳定。 实现校正的最简单方法是在伺实现校正的最简单方法是在伺幅阀前电子放大器电路中串接幅阀前电子放大器电路中串接一个一个RC滞后网络，见图滞后网络，见图6-236-23，其传递函数为其传递函数为

35、11sTuucio。时间常数，RCTTcchhhc)4 . 02 . 0(2ccKT0这类电液速度控制系统的动、静态特性是由动力这类电液速度控制系统的动、静态特性是由动力元件参数元件参数h、h和和K0决定的。决定的。h和和h一定时，可一定时，可根据前面的稳定性条件确定穿越频率根据前面的稳定性条件确定穿越频率c，根据误根据误差要求确定开环增益差要求确定开环增益K0，最后根据前面的公式确最后根据前面的公式确定校正环节的时间常数定校正环节的时间常数Tc ，再根据再根据Tc确定确定R和和C。由图由图6-256-25看出，校正后回路的穿越频率比未校正看出，校正后回路的穿越频率比未校正前要低得多。但是为了

36、保证系统的稳定性，不得前要低得多。但是为了保证系统的稳定性，不得不牺牲响应速度和精度。不牺牲响应速度和精度。采用采用RC滞后网络校正的系统仍然是滞后网络校正的系统仍然是0 0型有差系统。型有差系统。为了提高精度可采用积分放大器校正，是系统变为了提高精度可采用积分放大器校正，是系统变成成型无差系统。型无差系统。泵控马达速度控制系统有开环控制和闭环控制两种。泵控马达速度控制系统有开环控制和闭环控制两种。（一）泵控开环速度控制系统（一）泵控开环速度控制系统如图如图6-266-26所示，变量泵的斜盘角由比例放大器、伺服阀、液压所示，变量泵的斜盘角由比例放大器、伺服阀、液压缸和位置传感器组成的位置回路控

37、制。通过改变变量泵斜盘角缸和位置传感器组成的位置回路控制。通过改变变量泵斜盘角来控制供给液压马达的流量，并以此调节马达的转速。这种控来控制供给液压马达的流量，并以此调节马达的转速。这种控制系统由于是开环控制，所以受负载和温度变化的影响较大，制系统由于是开环控制，所以受负载和温度变化的影响较大，控制精度较低。控制精度较低。二、泵控马达速度控制系统二、泵控马达速度控制系统如图如图6-276-27所示，它是在开环速度控制的基础上，增加速度传所示，它是在开环速度控制的基础上，增加速度传感器将液压马达的转速进行反馈，构成闭环控制系统。系统感器将液压马达的转速进行反馈，构成闭环控制系统。系统中采用积分放大

38、器是为了构成中采用积分放大器是为了构成型无差系统。型无差系统。通常，由于变量伺服机构的惯性很小，液压缸通常，由于变量伺服机构的惯性很小，液压缸- -负载的固有频负载的固有频率很高，阀控液压缸可以看成积分环节，变量伺服机构基本率很高，阀控液压缸可以看成积分环节，变量伺服机构基本可以看成比例环节，系统的动态特性主要由泵控液压马达的可以看成比例环节，系统的动态特性主要由泵控液压马达的动态所决定。动态所决定。（二）带位置环的泵控闭环速度控制系统（二）带位置环的泵控闭环速度控制系统如果将图如果将图6-276-27中的变量伺服机构的位置反馈去掉，并将积分中的变量伺服机构的位置反馈去掉，并将积分放大器改为比

39、例放大器，可得到图放大器改为比例放大器，可得到图6-286-28所示的闭环速度控制所示的闭环速度控制系统。因为变量机构中的液压缸本身含有积分环节，所以放系统。因为变量机构中的液压缸本身含有积分环节，所以放大器应采用比例放大器，系统仍为大器应采用比例放大器，系统仍为型无差系统。型无差系统。由于积分环节是在伺服阀和变量泵斜盘力的后面，所以伺服由于积分环节是在伺服阀和变量泵斜盘力的后面，所以伺服阀零漂和斜盘力等引起的静差仍然存在。变量机构开环控制，阀零漂和斜盘力等引起的静差仍然存在。变量机构开环控制，抗干扰能力差，易受零漂和摩擦等的影响。抗干扰能力差，易受零漂和摩擦等的影响。（三）不带位置环的泵控闭

40、环速度控制系统（三）不带位置环的泵控闭环速度控制系统设阀控速度控制系统的原理图和方块图如图设阀控速度控制系统的原理图和方块图如图6-296-29所示。所示。三、速度控制系统计算举例三、速度控制系统计算举例 系统的开环增益为系统的开环增益为K0=0.05=0.05306030601010-6-61.251.2510106 6 3 31.75 = 1001.75 = 100 即即K0=40dB=40dB。 系统的开环伯德图如图系统的开环伯德图如图6-306-30所示。系统稳定裕量为负，系所示。系统稳定裕量为负，系统不稳定。为了使系统稳定，采用图统不稳定。为了使系统稳定，采用图6-316-31所示的积分放大所示的积分放大器进行校正。积分放大器的传递函数为器进行校正。积分放大器的传递函数为 Gc(s) = 1 / Ts T积分时间常数，积分时间常数，T = RC。取取T = 20，则，则 Gc(s) = 0.05 / s 加校正后的系统方块图和开环伯德图如图加校正后的系统方块图和开环伯德图如图6-326-32和图和图6-