力(压力)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2064页（2128字）
以输出力(或压力)为控制对象的伺服系统为力(或压力)伺服系统。输出力(或压力)与输入量成正比，力伺服系统广泛应用于工业的材料试验机、线材或带材张力控制、轧钢机的压下和车辆刹车装置。本系统具有精度高、响应速度快、功率大、结构紧凑和使用方便等优点。
在力控制系统中被控制量是力，虽然在位置或速度控制系统中，要带动负载运动也有力的输出，但这种力不是被控制量而是取决于被控制量(位置、速度)和外负载力。同样在力控制系统中，位移和速度取决于输出力和受力对象本身的状态。
(1)力控制系统的组成
力控制系统的结构原理图如图34．2－27所示。
图34．2－27 力控制系统原理图
系统由伺服放大器、电液伺服阀、液压缸和力传感器组成。伺服放大器接受指令信号推动电液伺服阀控制液压缸活塞运动输出负载力，负载力由力传感器检测并转换成和负载力成比例的反馈电压，其与指令信号相比较后的误差信号输入到伺服放大器控制伺服阀，控制液压缸输出负载力，使负载力向着减小误差方向变化，直至负载力等于指令信号规定值为止。负载力与误差信号电压成比例。
本系统是力控制系统，如果选用压力反馈伺服阀，就可直接组成压力反馈回路，就不需要力传感器。由于压力伺服阀产量少，维修较困难，而且反馈回路小，包围的只有液压缸及伺服阀功率级阀芯，其它元件均属于开环，其精度不容易保证，所以多数力控制系统仍采用流量伺服阀加力反馈大回路的类型。
(2)控制系统的性能分析及校正
力控制系统中放大器、伺服阀部分的特性与位置、速度控制系统相似，可以应用其结论。对于液压缸及负载的特性将作分析。
若负载质量是M、负载粘性阻尼是B和负载弹簧刚度是k时，则基本方程为：
qL=Kqxv－KcpL
F=AppL=(Ms2+Bs+k)xp
力传感器的变换方程为
ef=KfF (34．2－49)
式中 Kf——力传感器增益。
根据基本方程将图34．2－27的原理图画成图34．2－28的方块图。
图34．2－28 力控制系统的方块图
从阀芯位移xv至力F的小闭环传递函数为
因而可将式(34．2－50)近似分解为
系统的开环传递函数为
开环系统中出现压力增益，说明系统输出是力。力控制系统的开环波德图如图34．2－29所示。
图34．2－29 力控制系统开环波德图
由于力控制系统的开环传递函数中有一个二阶微分环节，对于不同负载工况的开环波德图有很大差别。下面就两种负载工况来讨论近似的方法。
k》kh——这时在k+kh中可以略去kh
开环传递函数中的二阶微分环节与二阶振荡环节抵消，仅剩惯性环节，由于ζ3很小，ω2与ω3很接近，ω3处的谐振峰也不利于稳定。
kb》k——这时k+kh项中可略去k
ω3与ω2的距离加大，当k很小而ω1相对于其它频率很小时，可以把惯性环节看成积分环节。
未经校正的电液力控制系统是一个零型系统，开环增益Kv中有压力增益Kp，因为流量伺服阀中Kp很高，所以Kv很大(为了保证稳定性要降低Ka及Kf，以降低Kv)。阻尼系数ζ3很低，谐振峰值会超过零分贝线。为了系统稳定，需要校正。通常在ω2前加一个
环节以保证稳定。图34．2－30是其波德图。
图34．2－30 加校正后的力控制系统开环波德图