四边滑阀控制的液压缸,其活塞的有效面积为
(38)

二边滑阀控制的液压缸,其活塞的有效面积为

(39)

液压固有频率 ωh 可以按系统要求频宽的(5～10)倍来确定.对一些干扰力大,负载轨迹形状比较复杂的系统,

不能按上述的几种方法计算动力元件,只能通过作图法来确定动力元件.

计算阀控液压马达组合的动力元件时,只要将上述计算方法中液压缸的有效面积 A 换成液压马达的排量 D,负

载力 FL 换成负载力矩 TL,负载速度换成液压马达的角速度,就可以得到相应的计算公式.当系统采用了减速

机构时,应注意把负载惯量,负载力,负载的位移,速度,加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算

的参数.减速机构传动比选择的原则是:在满足液压固有频率的要求下,传动比最小,这就是最佳传动比.
4.3.3 伺服阀的选择

根据所确定的供油压力 ps 和由负载流量 qL(即要求伺服阀输出的流量)计算得到的伺服阀空载流量 q0,即可

由伺服阀样本确定伺服阀的规格.因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素,所以伺服阀流量应

留有余量.通常可取 15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备.

除了流量参数外,在选择伺服阀时,还应考虑以下因素:
1)伺服阀的流量增益线性好.在位置控制系统中,一般选用零开口的流量阀,因为这类阀具有较高的压力增益,

可使动力元件有较大的刚度,并可提高系统的快速性与控制精度.
2)伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求.一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的 5 倍,以减小伺服阀对系统响

应特性的影响.
3)伺服阀的零点漂移,温度漂移和不灵敏区应尽量小,保证由此引起的系统误差不超出设计要求.
4)其它要求,如对零位泄漏,抗污染能力,电功率,寿命和价格等,都有一定要求.
4.3.4 执行元件的选择

液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件,直接影响系统性能的好坏.执行元件的选择与设计,除

了按本节所述的方法确定液压缸有效面积 A(或液压马达排量 D)的最佳值外,还涉及密封,强度,摩擦阻力,

安装结构等问题.
4.4 反馈传感器的选择

根据所检测的物理量,反馈传感器可分为位移传感器,速度传感器,加速度传感器和力(或压力)传感器.它们

分别用于不同类型的液压伺服系统,作为系统的反馈元件.闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定

元件和反馈元件的精度,因此合理选择反馈传感器十分重要.

传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的 5～10 倍,这是为了给系统提供被测量的瞬时真值,减少相位滞

后.传感器的频宽对一般系统都能满足要求,因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑.
4.5 确定系统方块图

根据系统原理图及系统各环节的传递函数,即可构成系统的方块图.根据系统的方块图可直接写出系统开环

传递函数.阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式,只要把相应的符号变

换一下即可.
4.6 绘制系统开环波德图并确定开环增益

系统的动态计算与分析在这里是采用频率法.首先根据系统的传递函数,求出波德图.在绘制波德图时,需要

确定系统的开环增益 K.

改变系统的开环增益 K 时,开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数,曲线的形状不变,其相频曲线也不

变.波德图上幅频曲线的低频段,穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度,截止频率及系

统的稳定性.所以可根据闭环系统所要求的稳态精度,频宽以及相对稳定性,在开环波德图上调整幅频曲线位

置的高低,来获得与闭环系统要求相适应的 K 值.
4.6.1 由系统的稳态精度要求确定 K

由控制原理可知,不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益.因此,可以由系统对稳态精度的要求

和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益 K.
4.6.2 由系统的频宽要求确定 K

分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道,当 ζh 和 K/ωh 都很小时,可近似认为系统的频宽等于开环对

数幅值曲线的穿越频率,即 ω-3dB≈ωc,所以可绘制对数幅频曲线,使 ωc 在数值上等于系统要求的 ω-3dB 值,

如图 39 所示.由此图可得 K 值.

图 39 由 ω-3dB 绘制开环对数幅频特性
a)0 型系统;b)I 型系统
4.6.3 由系统相对稳定性确定 K

系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示.根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图,

同样也可以得到 K.见图 40.

实际上通过作图来确定系统的开环增益 K,往往要综合考虑,尽可能同时满足系统的几项主要性能指标.
4.7 系统静动态品质分析及确定校正特性

在确定了系统传递函数的各项参数后,可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项

静动态指标和误差进行校核.如设计的系统性能不满足要求,则应调整参数,重复上述计算或采用校正环节对

系统进行补偿,改变系统的开环频率特性,直到满足系统的要求.