液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

您所在的位置:网站首页 simulink阶跃响应测阻尼比和 液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

2024-06-14 04:40| 来源: 网络整理| 查看: 265

一个环节或者系统,如下图所示的闭环控制系统。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

当我们给它一个输入信号时,它的输出信号必定要经历一定的运动过程。

它如同我们液压常用的普通压力表测量油路上的压力一样。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

压力表与油路接通开始进入测量时,压力表的指针也常常是左右来回摆动(稳态工作压力通常处于压力表量程的2/3处);只有经历一定时间之后才稳定下来,这时才能从指针上读出压力数值来。

特别值得一提的是,现在的压力表,为了防震、减少损坏,除了采用管路通径小形成缓冲阻尼外,压力表内部通常灌有增加阻尼的甘油介质。

 

液压伺服控制系统,作为一个具有持续反馈的闭环系统;它也是这样要经历一定的运动过程。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

我们常把系统达到稳定后的输出值,叫做输出的稳态值。

 

从阶跃信号输入时算起,其输出达到稳态时以前所经历的与时间相关的运动过程叫做瞬态过程(也是过渡过程)。

阶跃响应,在时间域中表达系统输出随阶跃输入信号的变化关系。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

如果压力表的指针动荡不止,且其幅度已超过许可的限度,或者动荡越演越烈,那么大家知道这是油路中压力不稳定现象。

 

液压伺服控制系统也一样,如果其输出运动也出现这种现象时,那就认为这个系统是不稳定的。

不稳定的液压伺服控制系统是根本不能正常工作的,所以实际中应用的液压伺服控制系统的稳定性是必须具备的前提。

因此,判别液压动力机构的稳定性是一个首先要解决的问题。

 

本文定性地来说明这个问题。

下图所示的线性液压系统。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

根据傅里叶分析,任何一个随时间变化的连续函数都可以分解为多个不同频率、不同振幅的正弦函数的叠加。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

就如上图最左边的波形可以由右边的多个波形叠加而得。

基于此,我们就可以将任何输入信号看成正弦波;

而对于一个线性系统,如果输入一个正弦信号,则输出端同样会是正弦信号输出。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

不过传到比较元件上的信号(即上图中反馈输出端的信号),其符号与输入信号相反,这是液压机构进行了负反馈的缘故。

 

现在假定输入和反馈两个正弦信号没有相位差,如下图。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

则两个正弦信号叠加后的振幅差,即偏差信号,就构成了对伺服阀进行控制操作的动作信号。

如果这个闭环系统是稳定的,则其动作信号每沿闭环回路转一圈就会减小一次;

仅需很少的作用圈数后,就可以使闭环系统达到输入信号与输出信号相抵消的程度,使动作信号减小到零,因而伺服装置就停止了动作,伺服阀重新回到了中立位置。

这表明机构达到了新的平衡位置而完成了操作目的。

 

由此可知,

液压伺服控制系统稳定与不稳定的原则,可以根据动作信号最终是否为零来判别。

这里所说的作用圈数越少,说明稳定性能越好,过渡过程的时间越短。

 

不稳定的系统,通常如下:

1.假如闭环系统错误连接反馈信号时,采用了正反馈,则动作信号必将每转一圈都连续增大,从而引起振幅越来越大造成不稳定现象。

 

2.另外,实际的闭环系统由于泄漏、摩擦阻尼等因素的存在,其输出信号Y总是要滞后于输入信号X,由此输出信号与输入信号本身就有相位差φ存在。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

如果某一时刻反馈信号(与输出信号反相)与输入信号的相位差很大,比如说滞后180°,如下图。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

则等于把输出端的正弦信号叠加在输入信号上,这样也同样可以造成使信号每沿闭环回路转一圈增大一次,结果也导致机构的不稳定。

 

3.此外,输出信号的振幅如果不小于输入信号的振幅,那么即使相位不发生滞后,伺服系统也会出现反方向运动发生不稳定。

 

综上可知,

实际影响不稳定的因素是多方面的,结合实际情况问题就比较复杂了。

 

在系统稳定的前提下,我们来评价一个液压伺服机构性能好与坏,必须从稳态和瞬态两个方面的性能加以考虑。

 

所谓“稳态”性能,主要体现在静态特性曲线。

首先,采用不同的常量输入信号,分别使闭环系统到达稳定后所测得的输出稳态值;

然后,绘制出输入—输出特性曲线。

我们把它称为静态特性曲线。

我们评价机构的稳态性能,主要就是从静态特性曲线出发的。

静态特性也比较容易分析计算出来,所以相对地说比较简单些。

 

所谓“瞬态”性能,主要体现在时域中的阶跃响应和频域中的波德图。

闭环系统在瞬态下的性能就决定于过渡过程的行为或品质了,情况就比较复杂,分析计算也比较困难。

 

下面简要介绍瞬态性能两种常用的评价方法,即阶跃响应和频率响应的方法。

阶跃响应如下图所示。

液压伺服控制系统的稳定性、阶跃响应和频率响应

我们给闭环系统一个阶跃输入信号, 即当t



【本文地址】


今日新闻


推荐新闻


    CopyRight 2018-2019 办公设备维修网 版权所有 豫ICP备15022753号-3