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 ps=7.84MPa

速度传感器增益 Kfv=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

,则马达排量为

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

(3)选择伺服阀规格

伺服阀流量为:q=nmaxDm=20×10-3m3/min

此时阀的压降为:△p=ps-PL=2.56MPa

查伺服阀样本,选用QDY-C63型,额定电流IR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ωsv=340rad/s,ζsv=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Vt=50×10-6m3,又取βe=690MPa

取ζh=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

Gfv(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=KaKsvKfv1/Dm

由系统波德图知,在区间ω≤ωc内,L(ω)是一条斜率为一20dB/dec的直线,所以K0≈ωc=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。

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