液压伺服与比例控制系统 习题及答案 第七章习题答案

第七章习题答案7-1一般液压位置伺服系统提高频宽的限制是什么？为什么？答：频宽是伺服阀响应速度的度量。伺服阀的频宽应根据系统的实际需要加以确定,频宽过低会限制系统的响应速度,过高会使高频干扰传到负载上去。7-2电液伺服阀传递函数确定的依据是什么？可以将电液伺服阀传递函数近似为哪些环节？答：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。当伺服阀的频宽与液压固有频率相近时,伺服阀可近似地看成二阶振荡环节；当伺服阀的频宽大于液压固有频率(3～5倍)时，伺服阀可近似看成惯性环节；当伺服阀的频宽远大于液压固有频率(5～10倍)时,伺服阀可近似看成比例环节。7-3液压位置控制系统位置误差包括那几部分？主要由什么产生的？答：控制系统误差包括稳态误差和静态误差两个方面。稳态误差：液压控制系统的稳态误差包括对输入信号稳态误差和对干扰信号稳态误差。静态误差：液压动力机构死区及伺服阀死区产生的静态误差，伺服阀与伺服放大器零漂产生的静态误差和测量元件的零位误差。7-4在电液位置伺服系统中，影响系统精度的因素有哪些？如何计算稳态误差？答：系统中各个元件的误差都会影响到系统的精度,如传感器的灵敏度和精度、伺服放大器的零点漂移和死区误差、机械装置中的反向间隙和传动误差、各元器件的非线性因素等。液压控制系统的稳态误差包括对指令输入引起的稳态误差和负载干扰力引起的稳态误差。对指令输入引起的稳态误差为其中，阶跃响应稳态误差为斜坡响应稳态误差为等加速度响应的稳态误差为负载干扰力引起的稳态误差7-5滞后校正的作用是什么？什么情况下采用它比较合适？答：滞后校正的主要作用是通过提高低频段增益，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。滞后网络是一个低通滤波器，利用它的高频衰减特性，可以在保持系统稳定的条件下，提高系统的低频增益，改善系统的稳态性能，或者在保证系统稳态精度的条件下，降低系统的高频增益，以保证系统的稳定性。滞后校正利用的是高频衰减特性，而不是相位滞后。在阻尼比较小的液压伺服系统中，提高系统稳态精度的限制因素是增益裕量，而不是相位裕量，因此采用滞后校正是合适的。7-6试简述滞后校正参数的确定方法，滞后校正装置参数对系统有哪些影响？答：首先调整系统的速度放大系数，保证系统有足够的稳定裕量，；其次计算系统是否满足稳定精度要求，若满足，则无需再调整，若不满足，在此基础上，将速度放大系数增大至满足稳态精度；最后加入滞后校正，使幅频特性曲线在保持中高频不变的前提下（保持稳定裕量），提高低频（提高稳态精度），最终。求得最终校正环节传递函数为滞后校正使速度放大系数提高倍，因此使速度误差减小倍。提高了闭环刚度，减小了负载误差。由于回路增益提高，减小了元件参数变化和非线性影响。但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。7-7位置伺服系统采用加速度反馈校正的作用是什么？采用速度反馈校正的作用又是什么？加速度和速度反馈校正的限制条件是什么？答：速度反馈校正的主要作用是提高系统的液压固有频率，即系统的静态刚度，减少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。加速度反馈主要是提高系统的液压阻尼比，低阻尼是限制液压伺服系统性能指标的主要原因，如果能提高阻尼比，系统的性能可以得到显著的改善。加速度反馈提高了系统的阻尼比，速度反馈提高了系统的固有频率，但降低了开环增益和阻尼。如果同时采用速度反馈与加速度反馈，通过调整前向通道中放大器增益，把系统增益调到合适的位置，再调整反馈通道中速度与加速度反馈增益，把系统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就能全面地得到改善。由于受到速度和加速度反馈回路稳定性的限制，液压固有频率和液压阻尼比不能无限增大。7-8压力反馈校正和动压反馈校正的作用是什么？压力反馈校正和动压反馈校正的限制条件是什么？答：采用压力反馈和动压反馈校正的目的是提高系统阻尼。负载压力随系统的动态而变化，当系统振动加剧时，负载压力增大。如果将负载压力加以反馈，使系统的输入流量减少，则系统的振动将减弱，起到增加系统阻尼的作用。采用压力负反馈校正和动压反馈校正均可提高系统的液压阻尼比，但需要注意在推导过程中，我们将伺服阀简化为比例环节，当系统固有频率随着校正不断提高，不满足小于5~10倍伺服阀频宽时，伺服阀不能简化为比例环节，从而导致前面推导失效，因此当伺服阀带宽远大于液压固有频率时，速度或加速度反馈有效，反之，无效。7-9位置伺服系统的闭环刚度经滞后校正后提高了还是降低了？经压力反馈校正后又如何？为什么？答：滞后校正使速度放大系数提高倍，因此使速度误差减小倍。提高了闭环刚度，减小了负载误差。压力反馈校正是通过增加系统的总流量-压力系数来提高液压阻尼比。显然，压力反馈校正降低了系统的静态速度刚度。7-10试给出电液位置伺服系统的稳定条件，并试求当液压固有频率，液压阻尼比时系统处于临界稳定时的开环增益？答：为保证系统可靠稳定工作，要求系统有适当的稳定裕量。通常相位裕量应在30°~60°之间（一般选45°），增益裕量应大于6dB如果取，则有；如果取相位裕量，可得；取两者最小值时就能满足要求；将，代入，分别得到，综上，7-11（略）7-12（略）7-13（略）7-14（略）7-15简述电液速度伺服系统的构成及其控制方式，它们之间有何区别？答：电液速度控制系统一般由放大器（伺服、比例、积分）、电液伺服阀，传感器和执行元件（液压缸、液压马达）组成。根据控制方式，可以分为液压缸输出速度控制控制系统和液压马达输出转速控制系统，就液压马达输出转速控制系统而言，又可分为：(1)阀控液压马达速度控制系统，为了确保系统稳定正常工作，必须加入积分放大器。(2)泵控液压马达开环速度控制系统，由变量泵和液压马达组成，只有泵摆角位置系统的闭环，没有马达旋转速度的闭环，缺点是速度控制受温度、负载变化影响。(3)泵控液压马达闭环速度控制系统，在泵控液压马达开环速度控制系统的基础上，加入液压马达角速度闭环。(4)位置开环泵控液压马达闭环速度控制系统，它是在泵控液压马达速度控制系统中，去掉摆角泵位置闭环控制，保留液压马达角速度控制回路的系统。7-16电液速度伺服系统中的执行元件，如果采用液压缸，会有什么问题？答：只能输出速度，不能输出转速。7-17电液速度伺服系统为什么需要加校正装置？答：未校正的速度控制系统是一个零型有差系统，对速度阶跃输入是有差的，相位裕量很小，特别在阻尼比较小时更是如此。如果在和之间有其他被忽略的环节，如伺服阀这类环节，系统将不稳定。因此速度控制系统必须加校正才能稳定工作。7-18电液速度伺服系统，在什么条件下采用泵控液压马达或阀控液压马达控制方式？答：阀控马达系统一般用于小功率系统，泵控马达系统一般用于大功率系统。7-19（略）7-20（略）7-21设电液速度控制系统，可用图7-47框图描述。试分析该系统的稳定性，并通过加入积分校正使系统具有剪切频率。图7-46电液速度控制系统（题7-16图）答：根据图7-46可得他的开环增益，则其Simulink仿真模型如下图3所示。图3电液速度控制系统仿真模型通过仿真计算可得其开环频率特性、单位阶跃响应如图4所示。图4开环频率特性由图可知该系统以-80dB的速度穿越0dB线，幅值裕度，相位裕度为，系统稳定。为进一步提高系统稳定性，加入如下图所示积分环节，积分常数为图5校正后的系统模型校正后伯德图如下图所示。图6校正后系统的开环频率特性图中，该系统以-20dB的速度穿过0dB线，幅值裕度，相角裕度，剪切频率，速度控制为稳定系统。7-22通常可将力控制系统分为哪两种？它们有什么特点？答：通常将力控制系统分为被动式力控制系统和主动式力控制系统两种。被动式力控制系统的特点是输人信号是负载运动量的函数，简称为加载系统。主动式力控制系统的特点是输人信号与负载运动量无关。7-23什么叫负载力控制系统？什么叫驱动力控制系统？它们之间有何区别？答：两者都是主动式力控制系统。在主动式力控制系统中，如果力的检测量不包括负载质量力时，则称为主动式检测负载力的力控制系统，简称为负载力控制系统，如果力的检测包括负载质量力时，则称为驱动力控制系统。负载力控制系统与驱动力控制系统的主要区别是力传感器检测的位置不同而已，驱动力控制系统所检测的力是液压缸的输出力，而负载力所检测的力是负载所产生