液压伺服控制系统第5章液压动力元
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1、,第5章 液压动力元件,OUTLINE 液压动力元件(或称液压动力机构)是由液压放大元件(液压控制元件)和液压执行元件组成。 四种基本型式的液压动力元件：阀控液压缸、阀控液压马达、泵控液压缸、泵控液压马达。 本章将建立几种基本的液压动力元件的传递函数，分析它们的动态特性和主要性能参数。,5.1 四通阀控制液压缸,基本结构形式,一、基本方程： (一) 滑阀的流量方程,定义负载流量：,(二) 液压缸流量连续性方程 进油腔流量：,回油腔流量：,液压缸工作腔的容积：,综合以上各式得液压缸流量连续性方程：,根据：V01 = V02 = V0 = Vt /2 同时：,则液压缸流量连续性方程简化为：,(三) 液压缸和负载的力平衡方程：,二、方框图与传递函数： 根据阀控液压缸的基本方程进行拉氏变换得：,根据阀控液压缸的拉氏变换方程式绘出系统方框图。,由方框图求得液压缸输出位移传递函数：,式中，分子的第一项是液压缸活塞的空载速度。第二项是外负载力作用引起的速度降低。其分母特征多项式各项意义如下： 第一项： 是惯性力变化引起的压缩流量所产 生的活塞速度； 第二项： 是惯性力引起的泄漏流量所产生的 活塞速度
2、；,第三项： 是粘性力变化引起的压缩流量产生 的活塞速度； 第四项是活塞运动速度； 第五项： 是粘性力引起的泄漏流量所产生的活 塞速度； 第六项： 是弹性力变化引起的压缩流量所产生 的活塞速度； 第七项： 是弹性力引起的泄漏流量所产生的活 塞速度。,三、传递函数简化 （一）、无弹性负载 K=0：,简化为：,液压固有频率： 液压阻尼比：,忽略Bc后近似为：,化简方框图,对指令输入Xv的传递函数： 对指令输入FL的传递函数：,（二）、有弹性负载 K0：,简化为：,综合固有频率： 综合阻尼比：,忽略Bc后近似为：,标准传递函数形式： 或进一步简化为：,(三) 其它简化形式：,四、频率响应分析 （一）、无弹性负载系统频率分析： (1)速度放大系数 由于传递函数中包含一个积分环节、所以在稳态时，液压缸活塞的输出速度与阀的输入位移成比例比例系数Kq/Ac即为速度放大系数(速度增益)。 它表示阀对液压活塞速度控制的灵敏度。速度放大系数直接影响系统的稳定件、响应速度和精度。提高速度放大系数可以提高系绽的响应速度和精度。但使系统的稳定性变坏。速度放大系数随阀的流量增益变化而变化。,伯德图,(2)液压固有
3、频率 液压固有频率是负载质量与液压缸工作腔中的油液压缩性所形成的液压弹簧相互作用的结果。 提高液压固有频率的方法有： I 增大液压缸活塞的面积 II 减少总的压缩容积 III 减少折算到活塞上的总的质量 IV 提高容积弹性模数,(3) 液压阻尼比， 液压阻尼比的表达式， 液压阻尼比的影响因素，,液压阻尼比表示了系统的相对稳定性。 通常，液压系统都是低阻尼的。 为了获得满意的系统性能，液压阻尼比应具有适当的值。 提高阻尼比的方法。 I 设置旁路泄漏通道 II 采用正开口阀 III 增加负载阻尼,（二）、有弹性负载系统频率分析： 分析系统的主要参数对系统的性能的影响。由于 惯性环节的存在，使系统变成了一阶系统，对单 位阶跃输入就是有差的了。,伯德图,5.2 四通阀控制液压马达,基本结构形式,一、基本方程：,二、方框图与传递函数：,三、传递函数简化,液压固有频率： 液压阻尼比：,对阀芯位移Xv的传递函数： 对外负载力矩TL的传递函数：,5.3 三通阀控制液压缸,基本结构形式,一、基本方程：,二、解函数：,三、传递函数简化,液压固有频率： 液压阻尼比：,传递函数近似式：,方块图,若液压缸活塞位移被作为液压动力元件的输出变量。 液压缸活塞位移被看作由负载压力产生的，也即三通阀输出液压力驱动液压缸活塞和被控对象组成的惯量阻尼弹簧系统产生液压缸活塞位移。 依据上述观点建立,5.5 负载与液压动力元件驱动能力,一、负载特性 （一） 惯性负载特性 惯性负载特性的数学表达式： 负载特性曲线：,（二） 粘性负载特性 粘性负载特性的数学表达式： 负载特性曲线：,（三） 弹性负载特性 弹性负载特性的数学表达式： 负载特性曲线：,（四） 合成负载特性 负载特性的数学表达式： 负载特性曲线：,二、阀控动力元件驱动能力的影响因素,通过改变控制阀规格、供油压力、液压执行元件的规格，可以获得具有不同特性的液压动力元件，满足驱动不同负载的需求，并达到预期控制效果。,The end,液压控制系统 清华大学出版社 ISBN：978-7-302-37899-0,
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