电液速度控制系统

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2069页（2402字）

速度控制系统给定设计参数为

负载转动惯量 J=0．43kg·m²

最大负载转矩 T=49N·m

转速范围 n=34～195r／min

供油压力 p_s=7．84MPa

速度传感器增益 K_fv=0．19V·s／rad

性能指标为

跟踪精度 ±1r／min

完成准确跟踪的时间 0．9s

(1)决定系统控制方案

采用如图34．4－5所示的伺服阀控制液压马达的阀控系统。

图34．4－5 伺服阀控制液压马达系统

(2)确定马达排量

取，则马达排量为

选取BM1－10摆线液压马达，其排量为D_m=102×10^－6m³／r或D_m=163×10^－7m³／rad。

(3)选择伺服阀规格

伺服阀流量为：q=n_maxD_m=20×10^－3m³／min

此时阀的压降为：△p=p_s－P_L=2．56MPa

查伺服阀样本，选用QDY－C63型，额定电流I_R为30mA，供油压力为13．7MPa时的额定空载流量为1．05×10^－3m³／s。

(4)确定传递函数

系统的方块图见图34．4－6。

图34．4－6 系统方块图

(A)电液伺服阀的传递函数

伺服阀的增益

由样本得ω_sv=340rad／s，ζ_sv=0．7

于是电液伺服阀的传递函数为

(B)液压马达的传递函数

马达油腔容腔与伺服阀到马达间容积之和为V_t=50×10^－6m³，又取β_e=690MPa

取ζ_h=0．2，于是液压马达的传递函数为

(C)速度传感器的传递函数

G_fv(s)=0．19V·s／rad

(D)积分放大器的传递函数

(5)绘制系统波德图

绘制的系统波德图如图34．4－7所示。

图34．4－7 系统波德图

由图可见，为了满足系统稳定性的条件，取开环频率特性的相位滞后180°点上的幅值裕量为6分贝，此时相角稳定裕量为87°，由于幅值稳定裕量不能减小，所以穿越频率不能再增加。

(6)确定系统开环增益及积分放大器增益

开环增益 K₀=K_aK_svK_fv1／D_m

由系统波德图知，在区间ω≤ω_c内，L(ω)是一条斜率为一20dB／dec的直线，所以K₀≈ω_c=34rad／s，求得积分放大器的增益为

(7)速度控制系统的开环传递函数

系统的开环传递函数为

(8)计算系统的稳态误差

因为系统是Ⅰ型系统，对速度指令信号误差为零，满足了跟踪精度为±1r／min的要求。

图34．4－8 系统对阶跃信号的响应曲线

(9)系统的仿真实验

由试验结果可见，现有系统是稳定的，没有超调，但上升过程有几次小的振荡。过渡过程在0．1秒以内结束，完全满足在0．9秒内完成准确跟踪的任务。