上泽成大坐 上浙克1大当 第五章液压伺服系统 5.1、典型系统的组成 ◆液压位置伺服系统 ◆液压速度伺服系统 ◆机液位置伺服系统 ◆液压力伺服系统 电液伺服疲劳试验机 上承文点大皆 上茶克1大坐 实例示意图(1) 实例示意图(2) 「泵控系统 工作台 电位 上泽元1大孝 上活丝大举 液压伺服系统的组成 实例(1)的方块图 ◆指令装置 ◆检测反馈元件 ◆比较元件 ◆伺服放大器 ◆液压控制元件 画成方块图 】 形式…… ◆执行机构 楚压红匀鱼 ◆校正环节 香要两
1 第五章 液压伺服系统 液压位置伺服系统 液压速度伺服系统 机液位置伺服系统 液压力伺服系统 电液伺服疲劳试验机 5.1、典型系统的组成 实例示意图（1） 实例示意图（2） 泵控系统 液压伺服系统的组成 指令装置 检测反馈元件 比较元件 伺服放大器 液压控制元件 执行机构 校正环节 画成方块图 形式··· ··· 实例（1）的方块图
上泽成大坐 上浙克1大当 简化的方块图 5.2、特性分析 + s(- ◆稳定性 ◆频率响应 ◆阶跃响应 由图k ◆系统刚度 低器+州 ◆稳态误差 上承发道大些 5.2.1、稳定性分析 波德图 二20分见/什倍颜化 闭环系统得特征方程： 1+G(s)=0 ◆当阻尼比 小， 凸峰想得 254s2+3+K,=0 高，稳定裕度 0 减小 ◆为提高幅值 由劳思判据： 4a叫_2_K>0 裕度，开环增 益应适当下 降，但这影响 快速性和稳态 精度 -10 系统稳定的条件： K,<250a 上泽元1大孝 M分奥 5.2.2、闭环频响 ◆频宽是系统响 应速度的一种表 乔开幅瑞精生 征，反映系统复 10 现输入信号的能 (台+（凳X品）++1 力：频宽大，系 o夜) 统响应速度宽。 ◆固有频率、开 环增益增大，则 (+i。++ 频宽增大 式中 ①。—闭环一阶因子的转折规率，属使/秒； 思考： 阻尼比的改变 0。一一闭环二阶因子的固有频率，度/粒 对频宽怎样影 开开相板饰拉 飞。一二阶因子的阻尼比，无因次。 响？ -270 2
2 简化的方块图 2 2 ( ) 2 ( 1) v h h h K G s s s s ζ ω ω = + + 2 2 ( ) 2 ( 1) v h h h K s s s s ζ ω ω Φ = + + 5.2、特性分析 稳定性 频率响应 阶跃响应 系统刚度 稳态误差 5.2.1、稳定性分析 闭环系统得特征方程： 1 () 0 + = G s 3 2 2 2 0 h v h h s s sK ζ ω ω + ++ = 由劳思判据： 0 2 2 0 2 1 3 = − > ω ω ζ v h h K a a a a 2 Kv hh 系统稳定的条件： < ζ ω 波德图 当阻尼比 小，凸峰翘得 高，稳定裕度 减小 为提高幅值 裕度，开环增 益应适当下 降，但这影响 快速性和稳态 精度 5.2.2、闭环频响 频宽是系统响 应速度的一种表 征，反映系统复 现输入信号的能 力：频宽大，系 统响应速度宽。 固有频率、开 环增益增大，则 频宽增大 思考： 阻尼比的改变 对频宽怎样影 响？
上泽成大坐 阶跃响应的时域解 上播克1大当 5.2.3、阶跃响应 当系统输入为单位阶跃信号时： 1)=1 ((B-2)- 1 BE(E:(B-2)+1) n v1-: Y(s)= VI- +1)- B(B、2)+1 (t≥0) 理想阶跃」 指数衰减 正弦衰减 5.2.4、 系统的闭环刚度 )承文点人岁 对应频率响应的曲线 上泽文大举 刚度的直观概念：外负载作用下的位置输 出。显然，刚度越大，该误差越小。 对比开环刚度 闭环刚度 K.A X品++1 对数库标 上式称为闭环柔度，其倒数为闭环刚度： 对直底 0+ 开环刚度 1+ 瓷 上潘成1大孝 5.2.5、系统误差分析 上活丝大拳 讨论： 1 E(s)=R(s)-Y(s)= R(s)+ w.(s)W(s)_F(s) 1+W(s) ◆闭环刚度与开环增益有关，其值越大， (1+W(s)K, W(s) 刚度越好；K大，刚度差。 ◆稳态时，在F作用下，Y有一确定的作用 1 位移值（开环时，刚度为零） 1+W(s） ◆在谐振ω处刚度最差 因⑧国白可 多 ◆当结构刚度比电液位置系统的刚度低 @ 时，提高后者刚度对总刚度的提高益处 K 不大。 W(s)W(s)_ +k》 1+W(s) 325s+)+K, o. s(- 3
3 5.2.3、阶跃响应 当系统输入为单位阶跃信号时： s s s s Y s nc nc b nc 1 1) 2 ( 1)( 1 ( ) 2 2 • + + + = ω ζ ω ω 阶跃响应的时域解 理想阶跃 指数衰减 正弦衰减 5.2.4、系统的闭环刚度 刚度的直观概念：外负载作用下的位置输 出。显然，刚度越大，该误差越小。 上式称为闭环柔度， 2 2 2 1 2 ( 1) (1 ) h ce h h A s s s F K Y s ζ ω ω ω + + = − + 对比开环刚度 其倒数为闭环刚度： 对应频率响应的曲线 闭环刚度 开环刚度 讨论： 闭环刚度与开环增益有关，其值越大， 刚度越好；Kce大，刚度差。 稳态时，在F作用下，Y有一确定的作用 位移值（开环时，刚度为零） 在谐振ωnc处刚度最差 当结构刚度比电液位置系统的刚度低 时，提高后者刚度对总刚度的提高益处 不大。 5.2.5、系统误差分析 1 1 1 1 () () () () () () () 1 ( ) (1 ( )) v W sW s Es R s Ys R s Fs Ws Ws K = −= + + + v h h h h h h s K s s s s s W s + + + + + = + 1) 2 ( 1) 2 ( 1 ( ) 1 2 2 2 2 ω ζ ω ω ζ ω 2 1 2 2 (1 ) () () 4 1 () 2 ( 1) ce t v e ce h v h h K V s W sW s KA K W s s s s K β ζ ω ω + = + + ++ W1(s)
利用终值定理，设输入均为阶跃输入，则丝人华 上浙克1大当 8。=limsE()=0+人。 5.3、系统校正 +0 K.A 校正方式： 表明：此时对信号输入是型，对干扰输入 是0型。 ◆串连校正 ◆并联校正 若输入为斜坡信号，R(s)=Fs)=1s2 则： K. ⊙ 色 实际的可能性？ 5.3.1PID校正 上承发道大些 5.3.1、滞后校正 实现电路： 上所克1大坐 PID控制应用广泛，其主要功效： 1 kp+k二+kas P:提高开环比例增益， 加快系统响应 形，(s)=(Cs+1) aTs+1 误差累积控制（稳 式中 态)，提高稳态精度 D:超前或预估控制（动 典型应用 K,=尽 R IR. 态)，抑制超调 20 70 4020 T=女=RC +9 D正装置 1/m 1T4 90 D正复置 ae1+是 本校正 滞后校正的作用？ u (na) 滞后校正分析与应用 上潘成1大孝 上活丝大举 5.3.2、加速度负反馈校正 W(8)=- K+ 回1<0，使后者在 一20db/+倍频有较宽 ⑧⑧ KK分 区域（稳定性上考 s- 滞后超前比不宜过 大，一般取a=10 K。2 讨论：滞后校正与 s 积分校正的异同？ 4
4 利用终值定理，设输入均为阶跃输入，则 表明：此时对信号输入是I型，对干扰输入 是0型。 2 0 lim ( ) 0 K A K e sE s v ce s ss = = + → 实际的可能性？ 若输入为斜坡信号， 则： 2 1 R () () 1 s Fs s = = = + ∞ v ss K e 1 5.3、系统校正 校正方式： 串连校正 并联校正 5.3.1 PID校正 k s s k k p + i + d 1 PID控制应用广泛，其主要功效： P： 提高开环比例增益， 加快系统响应 I： 误差累积控制（稳 态），提高稳态精度 D： 超前或预估控制（动 典型应用 态），抑制超调 5.3.1、滞后校正 实现电路： 滞后校正的作用？ 滞后校正分析与应用 ω1 <ωc α =10 ，使后者在 －20db/+倍频有较宽 区域（稳定性上考 虑）。 滞后超前比不宜过 大，一般取 讨论：滞后校正与 积分校正的异同？ 5.3.2、加速度负反馈校正 1) 2 ( ) 1 ( 2 2 + s + s s A K K h h h a v ω ζ ω Kf Kfas2 Ee Y U
上泽成大坐 5.3.3、压差反馈 上播克1大当 传递函数 ☑ K。 E。 ◆加速度校正仅改 “9囚®因'回9帝口-®园 变阻尼比，其余 参数均未变。 回 ◆通过调节Ka,可 网 K。=KK 1 增大阻尼比 等效方块图： ⑧5☒'☒⑧ 至回-6- 5h=56+ KK后h 2 回 传递函数 上承文点人岁 上活文1大修 K/(1+B.KK/A) + + 5.3.4、速度负反馈 k.x() ◆改善了阻尼，与 作用：提高固有频率，但降低增益和阻尼 比。 听@1+Kk2 了功率损耗 ◆压差反馈使增大 常与加速度反馈一起采用 K'增大，系统 刚度减小，稳态 A ◆B不能忽略时， 、+K.K,K@2 K反馈使固有频 2 率略提高，开环 增益略下降。 考0的 上潘元1大孝 上活丝大举 方块图 传递函数 K/(1+KK) U KK(分 :(++1 ①6=DAy1+K,Km KostKg 6,-/W千KKn 5
5 传递函数 1) 2 ' ( 2 2 0 + + = s s s K E Y h h h e ω ζ ω 2 ' 0 fa h h h K K ω ζ = ζ + A K KaKv 1 0 = 加速度校正仅改 变阻尼比，其余 参数均未变。 通过调节Kfa，可 增大阻尼比 5.3.3、压差反馈 等效方块图： 传递函数 改善了阻尼，与 旁路层流泄漏法 相比，Kfp法避免 了功率损耗 压差反馈使增大 Kce’增大，系统 刚度减小，稳态 误差增加 Bc不能忽略时， Kfp反馈使固有频 率略提高，开环 增益略下降。一 般只考虑Bc=0的 情形。 5.3.4、速度负反馈 作用：提高固有频率，但降低增益和阻尼 比。 常与加速度反馈一起采用 方块图 1) 2 ( ) 1 ( 2 2 + s + s s A K K h h h a v ω ζ ω Kf Kfvs+Kfas2 Ee Y U K1 传递函数