液压元件与系统设计

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1、液压元件与系统设计——液压系统设计（第三讲）电液控制系统设计1电液控制系统分类按控制物理量分类位置控制系统、速度控制系统、力控制系统按液压控制元件控制方式的不同分类阀控系统、泵控系统根据输入信号形式和信号处理手段分类数字控制系统、模拟控制系统、直流控制系统、交流控制系统、数模混合控制系统。2电液位置控制系统特点：系统输出的位置同系统的输入量之间始终保持一定的比例关系。1)电液位置控制系统组成和方块图角度同步变压器机可以看作为比例环节：交流放大和解调器同样视为比例环节：伺服放大器的输入电压与输出电流近似成比例：伺服阀的传递函数：式中i——马达轴与负载间齿轮传动比；TL——系统输出轴阻力

2、矩；只考虑惯性负载，则阀控马达的滑阀位移对马达输出转角的传递函数为则系统的方块图为：2)性能分析A．稳定性分析系统的开环传递函数为式中Kv——系统开环增益。系统的开环传递函数为式中Kv——系统开环增益。单位反馈时，系统的闭环传递函数为利用劳斯判据可知，欲使系统稳定，需满足：Kv＜2hhh值的计算不易准确又不易测定。一般取h=0.1~0.2。所以系统稳定条件为Kv＜(0.2~0.4)h为了防止系统中由于元件参数变化造成的影响，也为了得到满意的性能指标，一般相位裕量在30~60之间，幅值裕量为6~12分贝。故特征方程为：B．位置控制系统的闭环频率特性系统的闭环传递函数为分母

3、的三次多项式可以分解为一个一阶因式和一个二阶因式的乘积：闭环惯性环节转折频率的无因次曲线bKv当h和Kv/h较小时，当h和Kv/h较小时，nch当h和Kv/h较小时，2nc2h—Kv/hC．系统的精度分析A)静态误差对于只有惯性负载的位置控制系统，对输入信号来说，系统的结构是I型。I型系统没有位置误差而只有速度误差。速度误差等于输入速度Vi被开环放大系数除，即系统对于干扰信号的闭环传递函数为此式称为系统闭环柔度特性，其倒数即为闭环刚度特性。系统闭环静态刚度为对于干扰信号TL来说，系统的结构是零型，干扰力矩引起位置误差为B)伺服阀死区和零飘引起的位置误差如

4、果伺服阀的死区、液压马达和负载摩擦的死区折合为电流误差il，电液伺服阀的零飘为i2，伺服放大器零飘折合到电液伺服阀为i3；，这些因素引起的位置误差为Ke、Kd、Kf——反馈取出点经反馈通路到伺服阀输入的增益。C)测量元件的误差测量元件与负载连接，测量元件的固有误差、安装调试和校准误差会反映到输出轴上，其值假设为a。总位置误差为D．位置控制系统的校正A)串联滞后校正作用：提高开环增益以提高精度，其传递函数为：式中——超前环节的转折频率；——滞后超前比＞1。典型滞后校正网络校正后系统的开环传递函数为加入滞后校正的位置系统开环波德图一般要求：选择不超过10~20；Kg＝10

5、~20dB、＝40~60；c位于rc和h之间的-20dB/dec区间。参数选取方法：当c确定后，取rc＝(1/4~1/5)c，调整rc满足稳定裕量要求。B)速度及加速度反馈校正反馈校正回路的闭环传递函数为式中K1——单有速度反馈校正时校正回路的开环增益，且K2——单有加速度反馈校正时校正回路的开环增益，且只有速度反馈校正，即K2＝0时，系统的开环增益由Kv下降到Kv/(1+K1)，固有频率由h增加到，阻尼比由h降低到，提高反馈回路外的增益Ke，可以补偿Kv的下降。只有加速度反馈时，Kv、h不变而阻尼比h提高，提高了稳定性。整个位置系统开环传递函数有速度反馈

6、后的系统开环波德图加速度反馈的实质是把输出速度变化率超前反馈，以阻止输出量的变化而形成阻尼。提高了系统等速输入时的平稳性。二阶以上系统用加速度反馈有利于平稳调速，故常用这种校正。加入速度，加速度反馈校正后：加速度、速度反馈参数选择原则：1）根据希望的’h、’h求得K1、K2，2）进一步求出Kfa、Kfv，求出K’v可判定Ka的值3）通常’h、’h有一定限度。要求增大后的’c以-20dB/dec穿过零分贝线。加入速度及加速度反馈的系统开环波德图3电液速度控制系统1)电液速度控制系统的组成及控制方式小功率：阀—马达组合；大功率：变量泵—液压马达组合。A．伺服阀控制液压马达B．变

7、量泵—定量马达闭环控制2)速度控制系统的分析与校正A．速度控制系统的分析以阀控马达为例，系统的负载是惯性负载，伺服阀认为是一个比例环节.系统的开环传递函数为K0为速度控制系统开环增益是零型系统，对速度阶跃输入时，速度偏差随速度增大而增大，这是一个有差系统，因此实际上是一个速度调节器。曲线以-40dB/dec穿过零分贝线，所以穿越频率处相位裕量很小，如果系统不作简化，考虑到h和c之间有其它滞后环节，穿越频率c之处的斜率将是-60dB／dec或-80dB