第10章 液壓系統(tǒng)建模方法

1、控制相關(guān)專業(yè)研究生選修課程,系統(tǒng)建模方法,馬宏軍,東北大學 信息學院 控制理論與導航技術(shù)研究所,2013年3月,逸夫樓203,第十章 液壓控制系統(tǒng)建模方法,3,第一節(jié) 液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),圖1-3 雙電位器電液位置伺服系統(tǒng),4,一、采用電壓比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng),,5,控制系統(tǒng)組成：被控對象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動力元件(閥.缸),,,,6,二、采用電壓比較的電動工作臺位置控制系統(tǒng),,7,電動力元件,指

2、令電位器,,反饋電位器,,,,,電放大Ka,E,,,,Ui,E,-,,電壓比較,,UP,,,,,,,Ka,工作臺,,電機,控制系統(tǒng)組成：被控對象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動力元件(可控硅\電機）,將液壓動力元件（伺服閥、缸）換成電動力元件（可控硅與電動機）,,,8,三、采用力比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng),F1=Xi*K1,F2=Xp*K2,指令傳感器K1,反饋傳感器K2,,,9,比較元件,,1K1+K2,

3、,,,力比較,,Xi,,xv,,,XP,,,,,,,,,比較結(jié)果轉(zhuǎn)換成閥位移,10,控制框圖,采用力比較方式，用彈簧作為位移-力傳感器，以閥芯作為力比較元件。,,,液壓缸,1K1+K2,,,DF,-,,力比較,Ka,工作臺,,,,,,11,四、采用直接位置比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng),,,Xi=X芯,Xp=X套,,,指令元件與閥芯相連,受控對象與閥套相連,12,,,,Xv,-,,閥芯閥套比較,,Xi,X芯,,,X套,1,1,伺服閥,,

4、,XP,指令與閥芯相連,受控對象與閥套相連,,,13,,,控制框圖,采用閥芯閥套直較方式,,,液壓缸,,,Xv,-,,Ka,工作臺,X芯,,,X套,1,1,伺服閥,,,,,,,閥芯與閥套比較,閥芯與閥套比較,第二節(jié) 液壓控制系統(tǒng)的分類,上述工作臺位置控制系統(tǒng)的種類：,按控制件、傳動件分類： （1）電壓比較電液位置控制系統(tǒng)； （2）電壓比較電動位置控制系統(tǒng)； （3）力比較機液位置控制系統(tǒng)； （4）直接位置比較機液位置控制系統(tǒng)；,1

5、5,按被控制參數(shù)分類：（1）位置控制系統(tǒng)；（2）速度控制系統(tǒng);（3）力控制系統(tǒng)。,液壓控制系統(tǒng)的分類,按控制件、傳動件分類：（1）電氣控制系統(tǒng)；（2）液壓控制系統(tǒng)。,16,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,XP,,,,,,,,,Xi,,,升力,阻力,例1：飛機舵機液控制系統(tǒng),pS,,,,飛機舵機,指令位移,,,,,,,,,舵機位移,,XP,XV,,17,18,19,,

6、放大元件,,,,,電液位置控制系統(tǒng)原理圖,例2 電液仿形控制系統(tǒng),,,20,電液仿形控制框圖,閉環(huán)控制系統(tǒng)由開環(huán)控制（動力）和負反饋裝置兩部分組成； 負反饋裝置由比較元件、測量反饋元件構(gòu)成； 開環(huán)控制部分由放大元件(伺服閥).能量轉(zhuǎn)換元件(缸).負載構(gòu)成； 指令元件通過閉環(huán)系統(tǒng)控制被控對象.使被控位移y2 跟蹤指令位移y1,21,轉(zhuǎn)動： 電機：同功率時慣性大----響應慢； 液壓馬達：同功率時慣性小-

7、---響應快。,直線運動： 電傳動：齒輪+齒條+電機----慢、難； 液壓缸驅(qū)動：----快、易。,液壓控制的缺點： （1）易因堵塞造成故障； （2）成本高、維護難度大； （3）易污染環(huán)境。 （4）非線性強、隨工作范圍變化大,第三節(jié) 液壓控制的優(yōu)缺點,22,自動火炮系統(tǒng),液壓控制系統(tǒng)的應用,軍工：,汽車伺服轉(zhuǎn)向、飛機舵機,交通：,軋機液壓厚度自動控制系統(tǒng)帶

8、鋼跑偏控制系統(tǒng)連續(xù)鑄鋼控制系統(tǒng),冶金：,23,電子元件-電阻,第五節(jié) 液壓控制的常用電子器件,24,電子元件-電容,25,二極管、三極管,,26,雙列直插DIP封裝,,電子元件的封裝,27,28,運放的方框圖,,29,運算放大器的電壓反饋控制,30,31,串聯(lián)電阻比較,32,串聯(lián)電阻比較，反相輸入,33,放大器的實際接線,調(diào)零,倍數(shù)調(diào)整,負電源,正電源,34,液壓放大元件有兩種：“泵類”--變量泵“閥類”--伺服閥,液壓放大元件

9、也叫液壓控制元件,什么是液壓放大元件？,第六節(jié) 液壓放大元件,35,三極管放大了什么？,三極管是電放大器（電控開關(guān)），由小基極電流控制大的發(fā)射極電流,放大——實際上是一種控制，是用小功率控制大功率的輸出,,36,放大器是橋路，一個三極管構(gòu)不成電放大器！,能控制電壓升降的典型回路是——半橋和全橋,,,可控電阻,固定橋臂,控制輸入,控制輸出,37,38,構(gòu)造閥類液壓放大器,伺服閥是液壓放大器(液控開關(guān))，由小功率驅(qū)動閥芯，可以控制大功率的

10、閥口流量。,可控液阻,被控對象,固定橋臂,39,液壓放大元件,放大元件,控制輸入,輸出流量,輸出流量,控制輸入,伺服閥本質(zhì)上是含可變液阻的液壓橋路，它能通過小功率輸入信號(位移)，控制大功率的流量(壓力)的輸出。,40,閥類液壓放大元件的分類:,41,表示閥輸出流量、壓力及開口面積三者關(guān)系的方程叫閥的特性方程，只研究穩(wěn)態(tài)關(guān)系就叫做靜特性。,第七節(jié) 滑閥靜特性的一般分析,流量控制閥,壓力控制閥,對于各種滑閥、錐閥、球閥、節(jié)流孔口，通過閥

11、口的流量均可用下式表示：,閥口流量公式及流量系數(shù),43,負載,控制輸入,輸出流量,控制輸入,輸出流量,擾動輸入,擾動輸入,,,,,,,44,放大元件的線性化,線性化后即可畫出傳遞函數(shù)圖!,45,拉氏變換及物理模型,,,,,,,,,46,,放大元件的數(shù)學模型,,,,放大元件的四種模型,47,,,48,液壓動力元件由放大元件和執(zhí)行元件（缸-馬達）構(gòu)成。執(zhí)行元件是將輸入液壓功率轉(zhuǎn)換成機械功率的機—液耦合（換能）元件，其模型類似于變壓器。,什

12、么是液壓動力元件?,第八節(jié) 液壓動力元件的建模,49,理想液壓缸的數(shù)學模型,,,不計泄漏和壓縮時動力元件的方框圖它是一個積分環(huán)節(jié),流量放大,液壓——機械能量轉(zhuǎn)換,基本方程,1、放大器的線性化流量方程,53,,液壓阻抗+理想油缸+機械阻抗,實際油缸,,實際液壓缸的阻抗分離,2、油缸的液壓阻抗及流量連續(xù)性方程,54,方框圖簡化,55,,MS,56,57,,,58,理想放大元件,油缸與閥阻抗構(gòu)成的振蕩環(huán)節(jié),理想油缸,59,60,控制傳遞函數(shù)

13、,61,液阻、液容均可等效成機械阻尼和彈簧,液壓阻抗等效成機械阻抗,這是一個彈簧質(zhì)量振蕩系統(tǒng),62,液壓動力元件實際上就是一個開環(huán)控制系統(tǒng)用被控位移與指令位移相比較后的誤差信號去控制液壓放大元件，就可構(gòu)成閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。也就是說，在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上，通過負反饋裝置—即比較元件+測量反饋元件就可以構(gòu)成閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)。,特點:采用機械元件作比較器的伺服系統(tǒng),第九節(jié) 機液控制系統(tǒng)建模,63,如果比較反饋元件由機械元件充當，則稱為“機液

14、伺服系統(tǒng)”，以區(qū)別于電反饋系統(tǒng)。 “機液伺服系統(tǒng)”廣泛的應用于飛機舵面控制、火炮瞄準機構(gòu)操縱、車輛轉(zhuǎn)向控制、仿形機床以及伺服變量泵等處。,機液伺服系統(tǒng):采用機械元件作比較器的伺服系統(tǒng),（杠桿比較反饋）,,,－ 工作原理及系統(tǒng)方框圖,例1 機液位置伺服系統(tǒng),,65,,,升力,阻力,飛機舵機液控制系統(tǒng)上應用,66,比較反饋原理,比較杠桿,,67,手,比較元件要求：1）與指令元件相連（手）2）與被控對象相連（舵機） 3）與放大元件相連

15、（閥芯）,舵機位移,被控舵機,文字方框圖,,69,比較反饋以電子元件為比較器采用電反饋-轉(zhuǎn)化為電量（電壓）比較模擬伺服系統(tǒng)：以運放等器件為比較器，模擬比較方式數(shù)字伺服系統(tǒng)：以計算機為比較器，數(shù)字比較方式,電液伺服系統(tǒng):采用電子元件作比較器的伺服系統(tǒng),第十節(jié) 電液控制系統(tǒng)建模,70,,放大元件,,,,電液位置控制系統(tǒng)原理圖,例2 電液仿形控制系統(tǒng),,71,抽象為雙傳感器閥控位置控制系統(tǒng),72,,73,,例3 導彈發(fā)射方位角控制系統(tǒng),7