【正文】 們來研究階躍、等速和等加速度輸入所引起的穩(wěn)態(tài)誤差。（1） 階躍輸入對系統(tǒng)輸入階躍信號，則，帶入式（3—11），得到位置誤差 因?yàn)樵撓到y(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中含有一個積分環(huán)節(jié)，因此是一階無差系統(tǒng)，對于階躍輸入，其穩(wěn)態(tài)位置誤差為零。（2） 等速輸入對系統(tǒng)輸入速度信號，則，代入式（3—11），得到位置誤差穩(wěn)態(tài)速度誤差與輸入速度成正比，而與系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K和反饋傳感器的解調(diào)比Kf的乘積成反比。應(yīng)該指出，穩(wěn)態(tài)速度誤差并不是速度上的誤差，而是系統(tǒng)跟隨等速度輸入時所造成的位置上的誤差。（3） 等加速度輸入對系統(tǒng)輸入加速度信號，代入式（3—11），得到加速度誤差。由于加速度誤差(也是指位置上的誤差)為無窮大，因此該系統(tǒng)不能跟隨等加速度輸入。三、 系統(tǒng)動態(tài)特性分析系統(tǒng)的動態(tài)特性包括輸入信號的動態(tài)特性和負(fù)載力的動態(tài)特性(或稱為剛度)。在一般的系統(tǒng)設(shè)計時，通常只計算對輸入信號的響應(yīng)特性，而對負(fù)載擾動力的響應(yīng)動態(tài)特性是不予計算的。在這里我們對兩個方面都進(jìn)行了分析。圖3—3系統(tǒng)閉環(huán)頻率響應(yīng)曲線從圖3—3的系統(tǒng)閉環(huán)頻率響應(yīng)曲線中我們可以看出，系統(tǒng)的頻帶寬度在9Hz左右，這正是伺服閥的頻寬。由于伺服閥是系統(tǒng)中頻率帶寬最窄的元件，所以，伺服閥的頻寬也就決定了整個系統(tǒng)的頻帶寬度。當(dāng)輸入信號頻率大于10Hz以后，輸出將大幅度衰減，無法跟蹤輸入信號。因此系統(tǒng)的工作頻率最高只能達(dá)到接近10Hz的水平。液壓伺服系統(tǒng)的頻寬主要受液壓動力元件的限制，即和所限。所以要提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，就必須要提高和適當(dāng)?shù)靥岣?。過大的值將使降低，要影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度。四、 采用串連超前滯后校正（PID校正）超前滯后校正具有比PID控制器更加靈活的特點(diǎn)，屬于近似PDI校正，根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)性能可以采用串連超前校正(近似DP控制)、串連滯后校正(近似PI控制)或串連超前滯后校正。（1） 超前校正網(wǎng)絡(luò)超前校正的傳遞函數(shù)為： （3—12）其轉(zhuǎn)折頻率分別為；和，其超前相角為：（3—13）其最大超前的相角為： （3—14）令，可以求出產(chǎn)生最大超前相角時的頻率為：（3—15）此外，在對數(shù)坐標(biāo)中，則有： （3—16）式(3—16)表明是頻率特性的兩個轉(zhuǎn)折頻率和的幾何中心。因此對應(yīng)于最大超前相角出的幅頻超前的值為：（3—17）把上面得出的結(jié)論應(yīng)用到本例子中就可以計算出超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。超前校正適用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和增加系統(tǒng)的快速性，但是如果要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和快速性的同時滿足，就會減少系統(tǒng)的高頻衰減，這樣一來對抑止系統(tǒng)高頻噪聲是不利的。（2） 滯后校正網(wǎng)絡(luò)滯后校正的傳遞函數(shù)為： （3—18）其轉(zhuǎn)折頻率分別為：和，其超前相角為： （3—19）其最大滯后的相角為： （3—20）令，可以求出產(chǎn)生最大滯后相角時的頻率為： （3—21）此外，在對數(shù)坐標(biāo)中，則有： （3—22）表明是頻率特性的兩個轉(zhuǎn)折頻率和的幾何中心。應(yīng)該盡量使產(chǎn)生最大滯后相角的頻率遠(yuǎn)離校正后系統(tǒng)的幅值穿越頻率，否則會對系統(tǒng)的動態(tài)性能產(chǎn)生不利的影響，一般可取: （3—24）（3） 超前滯后校正網(wǎng)絡(luò)超前滯后校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為: （3—25）由圖可見，頻率特性的前半段使相位滯后部分，由于具有使增益衰減的作用，所以允許在低頻段提高增益，以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。頻率特性的后半段使相位超前部分，故具有提高相位的作用，能使相位裕量增大，幅值穿越頻率加大，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。（4） 應(yīng)用超前校正網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)校正首先，考慮到該系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度不足，擬用超前網(wǎng)絡(luò)增加其穩(wěn)定性。根據(jù)原系統(tǒng)開環(huán)Bode圖，可以了解原系統(tǒng)的剪切頻率，校正的目的為增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性基礎(chǔ)上增加系統(tǒng)的快速性。因此，擬選用超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校正。對于一般的液壓伺服系統(tǒng)來說，要保證系統(tǒng)的正常工作，相位裕度至少應(yīng)該達(dá)到，而幅值裕度在6分貝以上。目前，系統(tǒng)的相位裕度只有，所以超前校正應(yīng)該能夠提供至少的超前相角，再考慮到串連超前校正環(huán)節(jié)會使系統(tǒng)的剪切頻率再對數(shù)幅頻特性的對數(shù)坐標(biāo)軸上右移，因此，在考慮相位超前量的時候，要增加左右，以補(bǔ)償這一移動量。因而，相位超前量： （3—26）相位超前校正環(huán)節(jié)應(yīng)該能產(chǎn)生這一相位才能使校正后的系統(tǒng)滿足設(shè)計要求。根據(jù)前面推導(dǎo)出的算式可以計算出的值： （3—27）然后計算出對應(yīng)于此的值所產(chǎn)生的幅值增量： （3—28）由于最大超前相角應(yīng)該位于新的剪切頻率處，這個頻率就是校正后系統(tǒng)的新剪切頻率。那么這樣就可以計算出對應(yīng)的值了。 （3—29）這樣，超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為： （3—30）根據(jù)計算出來的結(jié)果，用Matlba進(jìn)行仿真。如圖所示，可以看到其效果并不理想，其穩(wěn)定裕度并沒有提高，反而有所下降。反觀我們的計算過程，并無錯誤之處，那為什么會造成這樣的結(jié)果呢?從圖3—4開環(huán)頻率特性曲線上看出，主要是由于伺服閥部分的振蕩環(huán)節(jié)的作用恰好落在關(guān)系系統(tǒng)穩(wěn)定性關(guān)鍵的中頻段，這樣一下子把剪切頻率處對應(yīng)的相角下拉了，這樣就造成了幅值裕度的大幅度下降。另一方面，從極點(diǎn)的觀點(diǎn)出發(fā)，利用Matlba中的SISO基點(diǎn)配置工具畫出系統(tǒng)的根軌跡圖后，可以看出由于兩個共轆的極點(diǎn)十分靠近虛軸，而其他的極點(diǎn)與它們相比都遠(yuǎn)的多，所以這兩個極點(diǎn)成為了系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)，很大程度上影響著系統(tǒng)的動態(tài)性能。在這里采取的是加入兩個共扼的零點(diǎn)來消除這兩個極點(diǎn)的不利影響，然后再加入超前校正，這樣系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定裕度的要求了[38]。具體的校正器的傳遞函數(shù)為： （3—31）圖3—4校正前后系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線圖3—4為校正前后系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線，從圖中可以看出，與原來的的頻率特性曲線相比，其校正后的曲線能夠保持剪切頻率與開環(huán)放大系數(shù)的基本不變，而顯著提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。需要說明的是，在理論上采用加入兩個共扼的零點(diǎn)來消除這兩個極點(diǎn)的不利影響是可行的，但是在實(shí)際應(yīng)用中這種控制器的構(gòu)造是十分麻煩的，也是很不準(zhǔn)確的[38]。所以實(shí)際應(yīng)用中的效果不如使用PID控制器進(jìn)行補(bǔ)償來的方便、實(shí)用。第四章、總結(jié)電液伺服系統(tǒng)是一種應(yīng)用十分廣泛的控制系統(tǒng)，本文所介紹的電液高頻伺服振動系統(tǒng)由于其運(yùn)動速度高，響應(yīng)快，振幅大等特點(diǎn)成為一種設(shè)計和調(diào)試都比較困難和負(fù)雜的液壓伺服控制系統(tǒng)。本文的主要工作如下:對該液壓伺服系統(tǒng)硬件的各個組成部分進(jìn)行了詳細(xì)地介紹，對其結(jié)構(gòu)和主要性能參數(shù)都進(jìn)行了系統(tǒng)地分析。利用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和曲線擬合，而確定伺服閥的動態(tài)特性，建立伺服閥的數(shù)學(xué)模型。從電液伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型入手，對電液伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性都進(jìn)行了分析，包括具體數(shù)據(jù)計算和仿真分析。通過仿真實(shí)驗(yàn)，使得在理論設(shè)計中得調(diào)試有的放矢，而出現(xiàn)的一些不正常的現(xiàn)象能夠有一個比較理性的把握，從而加深對系統(tǒng)的了解程度。致謝本文是在我的導(dǎo)師羅曉玉教授的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，導(dǎo)師淵博的學(xué)識，敏銳的思想，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及銳意進(jìn)取的敬業(yè)精神都使我終身難忘、受益匪淺。在畢業(yè)論文的撰寫階段，我得到了羅老師嚴(yán)格而細(xì)致的指導(dǎo)，從論文的開題、畢業(yè)論文的撰寫到畢業(yè)答辯都傾注著老師大量的心血，在此，學(xué)生向羅老師表示深深的謝意和崇高的敬意。在撰寫論文期間，任紅格、張珊珊、馬蕊等同學(xué)對我論文給予了熱情幫助，在此向他們表達(dá)我的感激之情。感謝自考教學(xué)班的全體老師，使我學(xué)到了很多基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，這篇學(xué)位論文的完成是與你們的悉心教導(dǎo)分不開的。老師們對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度更是深深感染了我。衷心感謝我的家人在生活上給予我的關(guān)心和照顧，在學(xué)習(xí)和工作上給我以鼓勵，沒有他們我是不可能順利完成學(xué)業(yè)的。最后，謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有以各種方式關(guān)心和幫助過我的人們!參考文獻(xiàn)[1]，1995，(6):l～6[2]:機(jī)械工業(yè)出版社，1995.[3]李洪人，:國防工業(yè)出版社，1981.[4]:機(jī)械工業(yè)出版社，1991.[5]何玉彬，劉燕秋，1998，18(6):434一43[6]章宏甲，:機(jī)械工業(yè)出版社，1998[7]:上海交通大學(xué)出版社，19[8]，1990，24(4):51一58[9]沈清，胡德文，:國防科技大學(xué)出版社，1993[10]:電子工業(yè)出版社，199[11]，1987[12]:上海交通大學(xué)出版社，1999[13](修訂本).國防工業(yè)出版社，1990[14]:科學(xué)出版社，1985.[15]:北京航空航天大學(xué)出版社，1985[16]:冶金工業(yè)出版社，1996[17]:機(jī)械工業(yè)出版社，1997:8～16[18]:機(jī)械工業(yè)出版社，2000[19]:國防工業(yè)出版社，2001[20]:北京航空學(xué)院出版社，1987[21]王裕清,[22]李連升,附錄A主要符號說明—負(fù)載力，N?！畲蠊β庶c(diǎn)處的負(fù)載力，N?！钊柏?fù)載折算到活塞上的總質(zhì)量，kg?！?fù)載速度，m/s?！?fù)載的最大速度，m/s?！畲蠊β庶c(diǎn)處的負(fù)載速度，m/s。—負(fù)載功率，w?！?fù)載最大功率，w。—液壓缸的負(fù)載流量，m3/s?！欧y的最大空載流量，m3/s?！欧y最大輸出功率時的液壓缸的負(fù)載流量，m3/s?！髁肯禂?shù)?！y的面積梯度，m:—閥芯位移，m?！┯蛪毫Γ琍a。—負(fù)載壓力，Pa?！欧y最大輸出功率時的負(fù)載壓力，Pa?！后w密度，kg/m3?！簤焊谆钊行娣e，m3?！欧y輸出功率，w。—伺服閥的流量增益，m3/sPa?！到y(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，K=KfKaKsv/Ap—液壓缸的總泄漏系數(shù)，m3/sPa?！簤焊變汕坏娜莘e，稱為總壓縮容積，m3?！行w積彈性系數(shù)(包括閥、連接管道和進(jìn)油腔)，Pa—活塞及負(fù)載的粘性阻尼系數(shù)?！?fù)載彈簧剛度，N/m。一總流量壓力系數(shù)。m3/:—液壓缸的固有頻率，rad/s。—液壓缸的阻尼比。—伺服閥的固有頻率，rad/s?！欧y的阻尼比?！欧y的諧振峰值，dB。T—伺服閥頻寬倒數(shù)，T=1/毋s，s?！欧y的諧振頻率，rad