【正文】 —伺服閥的諧振頻率，rad/s。—伺服閥的諧振峰值，dB?！欧y的固有頻率，rad/s。m3/:—液壓缸的固有頻率，rad/s?！?fù)載彈簧剛度，N/m?！簤焊變汕坏娜莘e，稱為總壓縮容積，m3?！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/s—伺服閥的流量增益，m3/s—液壓缸活塞有效面積，m3?！欧y最大輸出功率時(shí)的負(fù)載壓力，Pa。—供油壓力，Pa?！髁肯禂?shù)。—伺服閥的最大空載流量，m3/s?！?fù)載最大功率，w?！畲蠊β庶c(diǎn)處的負(fù)載速度，m/s。—負(fù)載速度，m/s?！畲蠊β庶c(diǎn)處的負(fù)載力，N。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(lì)，沒有他們我是不可能順利完成學(xué)業(yè)的。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(shí)和專業(yè)知識(shí)，這篇學(xué)位論文的完成是與你們的悉心教導(dǎo)分不開的。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。通過仿真實(shí)驗(yàn)，使得在理論設(shè)計(jì)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(gè)比較理性的把握，從而加深對(duì)系統(tǒng)的了解程度。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(dòng)態(tài)特性，建立伺服閥的數(shù)學(xué)模型。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(dòng)系統(tǒng)由于其運(yùn)動(dòng)速度高，響應(yīng)快，振幅大等特點(diǎn)成為一種設(shè)計(jì)和調(diào)試都比較困難和負(fù)雜的液壓伺服控制系統(tǒng)。需要說明的是，在理論上采用加入兩個(gè)共扼的零點(diǎn)來消除這兩個(gè)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]。在這里采取的是加入兩個(gè)共扼的零點(diǎn)來消除這兩個(gè)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]。反觀我們的計(jì)算過程，并無(wú)錯(cuò)誤之處，那為什么會(huì)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(duì)應(yīng)的相角下拉了，這樣就造成了幅值裕度的大幅度下降。 （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(jì)算出來的結(jié)果，用Matlba進(jìn)行仿真。根據(jù)前面推導(dǎo)出的算式可以計(jì)算出的值： （3—27）然后計(jì)算出對(duì)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(gè)頻率就是校正后系統(tǒng)的新剪切頻率。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(huì)使系統(tǒng)的剪切頻率再對(duì)數(shù)幅頻特性的對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上右移，因此，在考慮相位超前量的時(shí)候，要增加左右，以補(bǔ)償這一移動(dòng)量。因此，擬選用超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行校正。（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。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(huì)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)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。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(shí)滿足，就會(huì)減少系統(tǒng)的高頻衰減，這樣一來對(duì)抑止系統(tǒng)高頻噪聲是不利的。（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(shí)的頻率為：（3—15）此外，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，則有： （3—16）式(3—16)表明是頻率特性的兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率和的幾何中心。過大的值將使降低，要影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度。液壓伺服系統(tǒng)的頻寬主要受液壓動(dòng)力元件的限制，即和所限。當(dāng)輸入信號(hào)頻率大于10Hz以后，輸出將大幅度衰減，無(wú)法跟蹤輸入信號(hào)。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。在一般的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常只計(jì)算對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，而對(duì)負(fù)載擾動(dòng)力的響應(yīng)動(dòng)態(tài)特性是不予計(jì)算的。由于加速度誤差(也是指位置上的誤差)為無(wú)窮大，因此該系統(tǒng)不能跟隨等加速度輸入。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(shí)所造成的位置上的誤差。（1） 階躍輸入對(duì)系統(tǒng)輸入階躍信號(hào)，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(gè)積分環(huán)節(jié)，因此是一階無(wú)差系統(tǒng)，對(duì)于階躍輸入，其穩(wěn)態(tài)位置誤差為零。因?yàn)榉€(wěn)態(tài)誤差與輸入信號(hào)的形式有關(guān)，即與有關(guān)。根據(jù)圖3—2所示的方框圖可以求出由外輸入信號(hào)引起的誤差傳遞函數(shù)為：（3—9）式中，為誤差的拉氏變換式。穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)本身的機(jī)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，也與輸入信號(hào)的形式有關(guān)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)之一，就是盡量減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差是輸出量的希望值與它的穩(wěn)態(tài)的實(shí)際值之差?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度是其重要的技術(shù)指標(biāo)。伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是有輸入信號(hào)和外加負(fù)載所引起的。穩(wěn)態(tài)誤差是系統(tǒng)精度的一種度量。采用的是Moog公司提供的三級(jí)伺服閥的配套產(chǎn)品?！?0~3dB)的范圍內(nèi)，～，則可以得到滿意的瞬態(tài)響應(yīng)。與此同時(shí)，可用諧振峰值表示相對(duì)穩(wěn)定性。換句話說，上升時(shí)間與成反比。這樣，又可以根據(jù)頻率響應(yīng)曲線的諧振頻率與諧振峰值之間的關(guān)系。伺服閥的頻寬應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要加以確定，頻寬過低會(huì)限制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，過高會(huì)使高頻干擾傳到負(fù)載上。當(dāng)輸入電流幅值過小時(shí)，由于伺服閥分辨率的影響，將使波形發(fā)生畸變。幅值比是在某一特定批頻率下的輸出流量幅值與輸入電流之比，除以一指定低頻(輸入電流基準(zhǔn)頻率)下的輸出流量與同樣輸入電流幅值之比。通常電液伺服閥的頻率響應(yīng)是輸入電流在某一頻率范圍內(nèi)做等幅變頻正弦變化時(shí)，空載流量與輸入電流的復(fù)數(shù)比。在電液伺服系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)可利用電子放大器的增益來調(diào)整，因此對(duì)伺服閥流量增益的要求就不那么嚴(yán)格。伺服閥的流量增益直接影響到伺服系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，因而對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)特性和穩(wěn)態(tài)誤差有直接的影響。根據(jù)液壓缸的具體尺寸，可以算出此時(shí)液壓缸的速度：（3—1）根據(jù)測(cè)定的數(shù)據(jù)可以確定電流輸入時(shí)伺服閥的流量增益：（3—2）流量增益表示負(fù)載壓降一定時(shí)，閥單位輸入位移所引起的負(fù)載流量變化的大小。二是確定閥的動(dòng)態(tài)特性。在這里我們的主要目的是測(cè)定伺服閥的動(dòng)態(tài)特性，明確其具體參數(shù)。（1） 電液伺服閥性能參數(shù)電液伺服閥是電液轉(zhuǎn)換元件，也是功率放大元件，它能夠?qū)⑿」β实碾娦盘?hào)輸入轉(zhuǎn)換乘為大功率的液壓能(流量與壓力)輸出，在電液伺服系統(tǒng)中，將電氣部分與液壓部分連接起來，實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大，因此，電液伺服閥是電液伺服系統(tǒng)的核心，對(duì)與電液伺服閥的數(shù)學(xué)模型以及其線性模型中參數(shù)的準(zhǔn)確確定是十分重要的。輸 入 元 件轉(zhuǎn)換放大裝置液壓執(zhí)行元件控制 對(duì)象反饋測(cè)量元件比較元件液壓能源圖3—1液壓伺服系統(tǒng)的構(gòu)成下面分別介紹液壓振動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的數(shù)學(xué)模型，三級(jí)電液伺服閥采用的是Moog公司的79200 S04FKP型號(hào)，其驅(qū)動(dòng)級(jí)也是采用Moog公司提供的配套產(chǎn)品，對(duì)稱液壓缸采用的是Shorewestern公司的產(chǎn)品。執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用加于控制對(duì)象上，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)任務(wù)。轉(zhuǎn)換放大裝置的功用是將偏差信號(hào)的能量形式進(jìn)行變換并加以放大，輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。比較元件將反饋信號(hào)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)加于發(fā)大裝置。輸入信號(hào)和反饋信號(hào)應(yīng)轉(zhuǎn)換成相同形式的物理量，以便進(jìn)行比較。圖3—1中，輸入元件給出輸入信號(hào)，加于系統(tǒng)的輸入端。與此同時(shí)還起到信號(hào)的功率放大作用，因此也是一個(gè)功率放大裝置。20nm 頻寬200Hz第三章、特性分析及校正一、 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立首先，根據(jù)己知的系統(tǒng)各個(gè)部分的參數(shù)，對(duì)整個(gè)液壓振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真來事先分析系統(tǒng)的性能特點(diǎn)和工作情況。（4） 防止空氣進(jìn)入油量不足會(huì)引致油溫易升高、空氣易于溶入油中，造成容積效率急劇下降，并出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲，使系統(tǒng)不穩(wěn)定，快速性降低，影響油質(zhì)和液壓系統(tǒng)的正常工作，油量不足通常是漏油或修理時(shí)流失所致，為此為保證良好的控制系統(tǒng)，需添加油庫(kù)中對(duì)油位的檢測(cè)，