热门关键词:

基于滞后校正的电液位置伺服系统分析与仿真

  • 该文件为pdf格式
  • 文件大小:191.98KB
  • 浏览次数
  • 发布时间:2014-08-13
文件介绍:

本资料包含pdf文件1个,下载需要1积分

Analysis and Simulation of Electro-hydraulic Position Servo System based on Lag CorrectionWANG Zhen(Yulin College,Yulin 719000,China)Abstract:The mathematical model of electro-hydraulic position servo system was established,which determined theconditions of system stability,and gave each part characteristic parameters of the electro-hydraulic position servo system andsystem design requirements,through MATLAB simulation,the system stability performance indicators meeting the require-ments were found,but the steady-state accuracy can not meet the requirements.On the basis of the system stability per-formance indicators not affecting system steady,lag correction improved the system steady-state accuracy。

Key words:lag correction,electro-hydraulic position servo system,MATLAB电液位置伺服系统是最基本和最常用的-种液压伺服系统,可应用于对机床工作台的位置、板带轧机的板厚 、带材跑偏控制 、飞机和船舶的舵机的控制等[1]。电液位置伺服系统的开环传递 函数通成以简化为 1个积分环节 和 1个振荡环节 ,而液压 阻尼比-般比较小,使得增益裕量不足,相位裕量有余。

采用滞后校正,在保证系统稳定性的前提下 ,可以通过提高低频段增益来提高系统的稳态精度。

1 电液位置伺服系统的数学模型与方块图电液位置伺服系统的理论分析是建立在系统传递函数等数学模型的基础上的,因此,在系统分析前,应先建立系统 的数学模型 。典 型的阀控 电液位置伺服系统的原理框图如图 1所示 。

图 1 阀控 电液位置 伺服系统原理框 图1.1 电液位置伺服 系统各环节的传递函数1.1.1 惠斯顿电桥与伺服放大器的传递函数惠斯顿电桥和伺服放大器的输入输出关系可以表示为:K。- (U -,r)K - AI (1)将其取增量后,得到伺服放大器的传递函数为:K - 面 (2)式中,AI(s)为伺服放大器输 出电流变化的拉 氏变换式 ;U (s)为指令位移电位器 的输入信号变化 的拉氏变换式;U,(s)为反馈电位器的反馈信号变化的拉氏变换式;K。为伺服放大器增益。

1.1.2 位移传感器 的传递函数系统中的位移传感器用来检测工作台的位移X 并将其转换成与输人信号相同的形式,而且电量相当的元件,-般将其看成比例环节,则位移传感器的传递函数可以表示为:K,- (3)式中,X ( )为液压缸位移变化的拉 氏变换式 ;K,为位移传感器(包括其放大器)的增益。

1.13 电液伺服阀的传递 函数电液伺服阀的输出传递函数可表示为:G )- 壶 (4) - T--1-∞ 叫 ∞式 中,QL(s)为流量 系数 ;AI(5)为输入 电流 ;K 为电液伺服阀的增益 ;叫 为电液伺服 阀的固有频率 ;为电液伺服阀的阻尼 比;5为拉氏变换。

当电液伺服阀的固有频率 比液压动力元件的固有频率大 5~7倍时,可将电液伺服阀的传递函数看作比例环节。这时它可以表示为:《新技术新工艺》设计计算与试验研究 I 53新技术新工艺 2013年 第 8期G )- - K (5)A p 李 ㈣ )-- (6)s( 1)- /tm t;已 为液压 动力元件 的液 压阻尼 比,矗K c e图 2 电液位置伺服 系统传递 函数 方框 图2 电液位置伺服系统的稳定性分析稳定性是控制系统正常工作的必要条件,是系统最重要的特性 ,-般 电液位 置伺服系统的设计和静、动态性能分析都是以稳定性要求为基带行 的。

由图 2所示 的方框图可得系统的开环传递函数为 :)- gv( ∞ c OJh式中,K 为系统 的开环放 大系数,K -K,K。K /Ap。

由此可得 ,未经校正的液压位置伺服系统的稳定性判据为l2]:K < 2叫 (8)3 滞后校正采用滞后校正,在保证系统稳定性的前提下,可以通过提高低频段增益来提高系统的稳态精度。

- 种典型的电滞后网络如图 3所示 ,它 串联在前向通路的直流部分,接在功率放大器之前。

C图 3 滞后校 正网络其传递函数可推导为 :1G ) - (9)式中,∞ 为超前环节的转折频率;a为滞后超前比。

图 4 滞后校正波德 图由图 4可以看出,滞后网络是-个低通滤波器 ,具有高频衰减的特性。

4 电液位置伺服系统的仿真实例与分析给定的参数如下:工作台质量 m -1 000 kg,工作台最大摩擦力 F,-2 000 N,工作台最大行程X -0.5 In,最大速度 -10×10- m/s,最大加速度 a -2.2 m/s ,最大输入信号电压 U -5V,能源压力 -6.3 MPa,油液体积弹性模量 -1.4 GPa,电液伺服 阀的固有频率 ∞ :600 S。,阻尼比 -0.5,阀的流量增益 K -4.44×10 m。/(S·A),流量 -压力 系数 K -4 X 10 m。/(s·Pa),反馈增益 K,10 V/m。

设计要求如下 :幅值稳定裕量≥10 dB,相位裕量≥ 60。,稳态误差≤0.2 mm。

活塞面积 :A - 3-m ta m-- '[-FL::: 1013-。 (m。) 6 z P液压动力元件的液压 固有频率 :∞ - √ -s9/S《新技术新工艺》设计计算与试验研究设计计算 试验研究液压动力元件 的液压阻尼 比:- 筹 -o. 8代入参数后 ,阀控 电液位置伺服系统的方框 图如图 5所示。

图 5 阀控 电液 位 置 伺 服 系 统 方 框 图根据设计要求,由图 5可得:201g -- lO.5 dB,K :9.6/s,(U - 9.6/s。

由 :::-Kf K-.K,可得:n 6- 箍 O.27 A/V该系统为I型系统,由于指令信号为阶跃信号,所以指令信号引起的稳态误差为 03]。干摩擦引起的稳态误差为:,- - 8.3 X 109 6 0 m) K.Aj . ×(1 ) - 设计完成后,在 MATLAB上可以得到该 阀控电液位置伺服系统开环传递函数的波德图(如图6所示)。

兽捌,瘫趔晕 捌,癯趟靶100500. 50图 6 校正前 的阀控 缸电液位置伺服 系统由图 6可知,系统的相位裕量为 86.5。,幅值裕量为 1O.1 dB,能够满足稳定性性能指标。系统的稳态误差为 0.83 mm,不满足稳态误差要求。

引入滞后校正环节 :G (s)- 5 s if-- 15 s 1则稳态误差为 : , - 詈-1.6×10 in<0·2 mm系统的波德图如图 7所示 。

翟。50- 10O-90- .135:,.16O:窭 -315. 36010 ㈡ - : 茑 臻-J乏薹誓董 熏、 :. -- - :、、L、0 2 10。1 l0o 10 l0 l0角频率/rad·S。

图 7 校 正后 的阀控缸电液位置伺服系统由图 7可知,系统的相位裕量为73.3。,幅值裕量为 10 dB,能够满足稳定性性能指标 。系统的稳态误差为 0.16 mm(%0.2 mm),也能够满足稳态误差要求。

羹.50. 10O. 90. 135:堪 .270罂 。315. 360l曩 校正前l. t 校正后l:: - 。 : ‰ -。

, · : :t:::图 8 校正前后的阀控缸电液位置伺服系统对 比5 结语滞后校正能较好地改善电液位置伺服系统的各项性能指标,并在保证系统稳定性和不影响系统快速性的前提下 ,有效地减小电液位置伺服系统的稳态误差。

正在加载...请等待或刷新页面...
发表评论
验证码 验证码加载失败