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1、第第8章章 电液伺服系统电液伺服系统OUTLINE 介绍电液伺服系统类型，重点讲述了位置电液伺服介绍电液伺服系统类型，重点讲述了位置电液伺服系统的分析与校正。系统的分析与校正。8.1 8.1 电液伺服系统类型电液伺服系统类型一、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，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，模拟伺服系统重复精度高，但分辨能力较低重复精度高，但分辨能力较低(绝对精度低绝对精度低)。伺服系统的精度在很。伺服系统的精度在很大程度上取决于检测装置的精度，另外模拟式检测装置的精度一般大程度上取决于检测装置的精度，另外模拟式检测装置的精度一般
2、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伺服系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伺服系统。另外模拟伺服系统中微小信号容易受到噪声和零漂的影响、因统。另外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和零漂时，就不能进行有效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。的控制了。二、二、数字伺服系统数字伺服系统在数字伺服系统中，全部信号或部分信号是离散参量。因此数字在数字伺服系统中，全部信号或部分信号是离散参量。因此数字伺服系统又分为全数字伺服系统和数字伺服系统又分为全数字伺服系统和数字模拟伺服系统两种。模拟伺
3、服系统两种。模拟电液控制系统模拟电液控制系统1指令电位器 2比较器和放大器 3电液伺服阀 4液压缸 5反馈电位器 6工作台 模拟电液控制系统模拟电液控制系统1电液伺服阀 2功率放大器 3相敏放大器 4接收自整角机 5发送自整角机 6液压伺服马达 模拟电液控制系统模拟电液控制系统数字电液控制系统数字电液控制系统8.2 8.2 电液伺服系统分析电液伺服系统分析1反馈放大器 2机架 3液压缸 4电子伺服放大器 5电液伺服阀 6粘性阻力负载 7惯性负载 6.2.1系统的组成及其传递函数系统的组成及其传递函数 电液伺服系统的动力元件分为阀控式和泵控式两电液伺服系统的动力元件分为阀控式和泵控式两种基本型式
4、，但采用的指令装置、反馈测量装置和放种基本型式，但采用的指令装置、反馈测量装置和放大、校正的电子部件不同，就构成了不同的系统。大、校正的电子部件不同，就构成了不同的系统。方块图方块图模拟电子放大器模拟电子放大器PI控制器控制器+加法器加法器反馈放大器反馈放大器电液伺服电液伺服阀数学模阀数学模型型若伺服阀相位滞后-90频率高于液压控制系统动态特性频率3倍至5倍 若伺服阀相位滞后-90频率与液压控制系统动态特性频率接近 若伺服阀相位滞后-90频率高于液压控制系统动态特性频率5倍以上，无弹性负载四通阀控对称缸动力元件方块图系统方块图系统方块图开环伯德图开环伯德图系统的稳定条件 闭环系统闭环系统系统闭
5、环刚度特性8.3 8.3 电液位置伺服系统校正电液位置伺服系统校正以上讨论了比例控制的电液位置伺服系统，其性能主以上讨论了比例控制的电液位置伺服系统，其性能主要由动力元件参数所决定，对这种系统，单纯靠调整要由动力元件参数所决定，对这种系统，单纯靠调整增益往往满足不了系统的全部性能指标，这时就要对增益往往满足不了系统的全部性能指标，这时就要对系统进行校正，高性能的电液伺服系统一般都要加校系统进行校正，高性能的电液伺服系统一般都要加校正装置。正装置。一、滞后校正一、滞后校正滞后校正的主要作用是通过提高低频段增益，减小系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
6、度的条件下，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。通过降低系统高频段的增益，以保证系统的稳定性。系统开环系统开环伯德图伯德图a 未校正系统未校正系统b 校正环节校正环节c 校正后系统校正后系统速度反馈校正的主要作用是提高主回路的静态刚度，速度反馈校正的主要作用是提高主回路的静态刚度，减少速度反馈回路内的干扰和非线件的影响，提高系减少速度反馈回路内的干扰和非线件的影响，提高系统的静态精度。加速度反馈主要是提高系统的阻尼。统的静态精度。加速度反馈主要是提高系统的阻尼。它们可以单独使用，也可以联合使用。它们可以单独使用，也可以联合使用。二、速度和
7、加速度校正二、速度和加速度校正三、压力反馈和动压反馈校正三、压力反馈和动压反馈校正采用压力反馈和动压反馈校正的目的是提高系统的阻采用压力反馈和动压反馈校正的目的是提高系统的阻尼。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。如果将负载压力加以反馈，使时，负载压力也增大。如果将负载压力加以反馈，使输入系统的流量减少则系统的振动将减弱。起到了输入系统的流量减少则系统的振动将减弱。起到了增加系统阻尼的作用。增加系统阻尼的作用。可以来用压力反馈伺服阀或功压反馈伺服阀实现压力可以来用压力反馈伺服阀或功压反馈伺服阀实现压力反馈和动压反馈。也可以
8、采用液压机械网络或电反馈反馈和动压反馈。也可以采用液压机械网络或电反馈实现压力反馈或动压反馈。实现压力反馈或动压反馈。压力反馈校正压力反馈校正方块图及其变换方块图及其变换动压反馈校正动压反馈校正方块图变换方块图变换变换后方块图变换后方块图增加部分机械手液压伺服系统机械手液压伺服系统如图所示为机械手手臂伸缩伺服系统工作原理图。数控铣床液压伺服系统数控铣床液压伺服系统如图所示为数控铣床的传动系统。8.4 8.4 电液速度伺服系统电液速度伺服系统一、阀控马达速度控制系统一、阀控马达速度控制系统速度控制系统是一个不稳定的系统，为了使系统稳速度控制系统是一个不稳定的系统，为了使系统稳定，必须要加校正环节
9、，可以考虑加滞后校正和积分定，必须要加校正环节，可以考虑加滞后校正和积分校正。校正。方块图方块图系统开环伯德图系统开环伯德图从伯德图中看出：系统以-40dB/Dec斜率穿越0dB线，相角余量很小或为负值。控制系统相对稳定性差或系统是不稳定的，系统需要校正。校正后系统校正后系统a 积分控制器 b 惯性环节控制器二、泵控马达速度控制系统二、泵控马达速度控制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。1、泵控开环速度控制系统、泵控开环速度控制系统变量泵的斜盘角由比例放大器、伺服阀、液压缸和位变量泵的斜盘角由比例放大器、伺服阀、液压缸和位移传感器组成
10、的位置回路控制。通过改变变量泵斜盘移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，以此来调节液压马达角来控制供给液压马达的流量，以此来调节液压马达的转速。因为是开环控制，受负载和温度变化的影响的转速。因为是开环控制，受负载和温度变化的影响较大，控制精度差。较大，控制精度差。方块图及其化简方块图及其化简化简后系统2、带位置环的泵控闭环速度控制系统、带位置环的泵控闭环速度控制系统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转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转速进行反馈。构成闭环控制系统。速度反馈信号与速度指令信速进行反馈。构成闭环控制系统。速度
11、反馈信号与速度指令信号的差值经积分放大器加到变量伺服机构的输入端、使泵的流号的差值经积分放大器加到变量伺服机构的输入端、使泵的流量向减小速度误差的方向变化。采用积分放大器是为了使开环量向减小速度误差的方向变化。采用积分放大器是为了使开环系统具有积分特性。构成系统具有积分特性。构成I型无差系统。通常由于变量伺服机型无差系统。通常由于变量伺服机构的惯性很小，液压缸构的惯性很小，液压缸负载的固有频率很高阀控液压缸可负载的固有频率很高阀控液压缸可以看成积分环节，变量伺服机构基本上可以看成是比例环以看成积分环节，变量伺服机构基本上可以看成是比例环节系统的动态特件主要出泵控液压马达的动态所决定。节系统的动
12、态特件主要出泵控液压马达的动态所决定。方块图及其化简方块图及其化简化简后系统3、不带位置环的泵控闭环速度控制系统、不带位置环的泵控闭环速度控制系统如果将变量伺服机构的位置反馈去掉，并将积分放大器改为比如果将变量伺服机构的位置反馈去掉，并将积分放大器改为比例放大器可得到闭环这种速度控制系统。由于积分环节是在伺例放大器可得到闭环这种速度控制系统。由于积分环节是在伺服阀和变量泵斜盘力的后面，所以伺服阀零漂和斜盘力等引起的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，抗干扰能力差易受零漂、静差仍然存在。变量机构开环控制，抗干扰能力差易受零漂、摩擦等影响。摩擦等
13、影响。8.5 8.5 电液力伺服系统分析电液力伺服系统分析以力为被调量的液压伺服校制系统称为液压力控制系统。在工以力为被调量的液压伺服校制系统称为液压力控制系统。在工程实际中，力控制系统应用的很多，如材料试验机、结构物疲程实际中，力控制系统应用的很多，如材料试验机、结构物疲劳试验机、轧机张力控制系统、车轮刹车装置等都采用电液力劳试验机、轧机张力控制系统、车轮刹车装置等都采用电液力控制系统。控制系统。一、一、系统组成及工作原理系统组成及工作原理电液力控制系统主要由伺服放大器、电液伺服阀、液压缸和力电液力控制系统主要由伺服放大器、电液伺服阀、液压缸和力传感器等组成当指今装置发出的指令电压信号作用于
14、系统传感器等组成当指今装置发出的指令电压信号作用于系统时液压缸便有输出力。该力由力传感器检测转换为反馈电压时液压缸便有输出力。该力由力传感器检测转换为反馈电压信号与指令电压信号相比较，得出偏差电压信号。此偏差信号信号与指令电压信号相比较，得出偏差电压信号。此偏差信号经伺服放大器放大后输入到伺服阀，使伺服阀产生负载压差作经伺服放大器放大后输入到伺服阀，使伺服阀产生负载压差作用于液压缸活塞上，使输出力向减小误差的方向变化，直至输用于液压缸活塞上，使输出力向减小误差的方向变化，直至输出力等于指令信号所规定的值为止。在稳态情况下，输出力与出力等于指令信号所规定的值为止。在稳态情况下，输出力与偏差信号成比例。偏差信号成比例。液压动力元件模型液压动力元件模型系统模型系统模型校正前系统伯德图校正前系统伯德图校正后系统伯德图校正后系统伯德图The endThe end液压控制系统 清华大学出版社 ISBN：978-7-302-37899-0