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《液压与气压传动》教学教案6-1电液控制系统原理及其模型表述.pdf
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第六章 电液控制系统的特性和分析方法
第一节 电液控制系统原理及其模型表述
一、 闭环(反馈)控制系统基本概念
图 6—1 闭环控制系统的基本组成
1、闭环控制系统的基本组成
闭环控制系统的基本组成如图 6—1。
基本元件有:
被控对象 要求控制的装置或生产过程。
反馈测量元件 测量被控量且将其转换成能与参考输入信号进行比较并反馈到输入端的元
件。通常为一比例元件。
给定元件 将给定值转换成能和主反馈信号进行比较的信号(即参考输入信号)的元件。
比较元件 将主反馈信号与参考输入信号进行比较,产生偏差信号。比较元件往往不是一个
专门的物理元件,通常是和测量元件或线路结合在一起的。
放大元件 对微弱的偏差信号进行变换放大,以满足执行元件对能量形式和功率大小的需要。
执行元件 直接对被控对象进行操作,使被控量趋向希望值。
校正元件 或称校正装置,它用以稳定控制系统、改善和提高系统性能。
有反馈校正和串联校正两种形式。
根据对系统性能的要求,在系统选定加入。
2、闭环控制的基本原理
测量输出量——物理量的转换——反馈到输入端——与参考输入信进行比较——偏差信号—
—控制器产生控制作用——控制被控对象——输出量趋于所希望的值。
3、反馈控制系统的分类
(1)按希望值(指令)的特征分类
a. 恒值控制系统 y = c 当系统的希望值是恒定常数时,称为恒值控制系统。如生产过程的
温度、压力、流量、液位高度等控制系统属于这一类。
b. 程序控制系统 y = f(x) 系统的希望值是知的时间函数时,称为程序控削系统。如热处
理炉温控制系统的升温、保温、降温过程和机械加工中的程序控制机床都是按照预先设定的
规律进行控制的,这类系统属于程序控制系统。
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c. 随动系统 如果系统的指令是未知的时间函数,且要求系统输出量精确地跟随指令的变
化而变化.这种系统称为随动系统。若随动系境的输出量是机械位移(或转角)、速度(或转速)、
加速度(或角加遭廑)、力等机械物理量,则称这样的随动系统为伺服系统。
(2) 按描述系统的数学表达式特性分类
A. 线性系统和非线性系统
线性系统——若描述系统运动规律的数学方程为线性方程,则这种系统称为线性系统。
线性系统满足叠加原理和均匀定理。
非线性系统——若描述系统运动规律的数学方程为非线性方程,则这种系统称为非线性
系统。非线性系统不满足叠加原理。
B.定常系统和时变系统
定常系统 如果描述系统的数学方程中所有系数是不随时间而变化的常数,则称其为定常
系统。
时变系统 若描述系统的数学方程的系数是时间的函数,则称其为时变系统。
(3)按控制系统中的信号性质分类
连续系统 当系统各部分的信号都是时间的连续函数时,称其为连续系统。连续系统的
运动特性可用微分方程描述。
离散系统 当系统的一处或数处的信号是脉冲序列或数字编码时,称其为离散控制系统。
离散控制系统的运动特性可用差分方程描述。
(4)按反馈控制技术方法不同分类
a. 最优控制 要求控制系统的性能按某种技术性能指标达到最优休最忧控制。例如,使误
差最小,控制过程中消耗的能量最小,控制过程中动态品质最严稳等。
条件:被控对象能够精确描述,通过精确计算,利用现代计算设备就可以实现最优控制。
b. 自适应控制 自适应控制系统其控制器能自动地适应被控对象特性的变化,并维持良好
的控制效果;
c. 模糊控制 模糊控制是将人的思维和模糊逻辑推理的方法用于闭环控制中。
4、反馈控制系统的基本要求
(1)对稳定性的要求
由于系统存在惯性,当系统结构和参数匹配不当时,将会使系统输出响应呈现等幅振荡
或发散振荡情况,不能正常稳定地工作。因此,对系统的首要要求是能稳定地工作。系统稳
定且有一定的稳定裕量。
(2)对暂态性能(或称过渡过程性能,也称动态品质)的要求
系统的动态品质主要指系统输出响应的快速性和超调量。一个好的系统渡过程应该是既
时间短又平稳(即超调量小)。
(3)对稳态性能的要求
系统的稳态性能是用稳态误差来评价的。系统的稳态精度要高,即稳态误差要小。
(4)运行条件 驱动能力,工作环境的要求,温度、湿度、污染、振动;
(5)可靠性 无故障工作时间;
(6)经济性 性能、价格比合适,投资合理。
二、电液控制系统基本原理及其传函
(一) 电液伺服控制系统控制原理及方块图
[例 1]双电位器电液位置伺服系统
图 1—3 工作原理图。液压动力元件驱动工作台(负载)的位置控制系统。
2
图 6—2 双电位器电液位置伺服系统
6—3 工作原理方块图。
图 6—3 双电位器电液位置伺服系统工作原理方块图
[例 2]容积式电液速度伺服控制系统
图 6—4 容积式电液速度伺服控制系统
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图
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