电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统设计 0 (2)

图3-4 电液比例阀控马达速度控制系统开环伯德图

从系统频率特性曲线可以看出，当相频特性达到-180°线时，幅频特性还在零分贝线以上即幅值稳定裕量Kg为负；从相频特性曲线可以看出，相位滞后180°点上相角稳定裕量γ(wc)=-146°为负，所以，由对数判据可知系统存在稳定性问题。图中可知液压马达固有频率wh=40rad/s,其幅值穿越频率wc=569rad/s，又已知电液比例阀固有频率wv=377rad/s，可知阀频率率wv在穿越频率wc和固有频率wh之间，则穿越频率wc处的斜率为-80dB/dec，系统更不稳定。 所以即使系统开环增益值K调到很低，对数幅频特性曲线也是以-80dB/dec的斜率穿越零分贝线，系统的相对稳定裕量都趋于负值，使系统不稳定；即使勉强维持稳定，由于开环增益值K调到很低，系统精度大大降低，甚至谈不上精度了。为了使系统有一定的稳定裕量，必须加矫正环节。

通过上述对阀控马达液压系统特性分析，可以知道系统本身很难达到预期的动态品质，要使系统具有良好的稳定性、低超调及快速响应性能，通常采用调节器来满足要求。

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第四章、电液比例阀控马达速度控制系统PID控制

系统校正是在阀控马达速度控制系统相应的部位加校正装置,以改变开环伯德图的形状,去满足系统性能要求。所谓的校正装置相当于一个控制器。

4.1PID控制器基本原理

PID控制器本身是一种基于对“过去”、“现在”和“未来”信息估计的简单控制算法。根据不同情况，PID控制算法有多种形式，如PI控制、PD控制及各种改进形式，根据比例、积分、微分环节的不同作用采用恰当的PID控制算式。

模拟PID控制系统原理框图如图4-1所示：

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系统主要由模拟PID控制器和被控对象组成。PID控制器作为一种线性控制器，它根据给定值和实际输出构成控制偏差，将偏差按比例，积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

在控制系统中，模拟PID控制器控制规律为

1u(t)?KP[e(t)?TIde(t)?0e(t)dt?TDdt]（4-1）

t式中Kp-比例增益； TI-积分时间常数； TD-微分时间常数； u(t)-模拟控制量 E（t）-偏差。

对4-1式进行拉氏变换，其传递函数为

U(s)1G(s)??KP(1??TDs)（4-2）

E(s)TIs三个环节的不同作用简述如下：

比例环节：成比例的反应控制系统烦人偏差信号e（t），偏差一

旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。比例控制能迅速减小误差，但比例控制不能消除稳态误差。若要求系统的控制精度高，响应速度快，则选择比例增益大一些为好，但会导致超调量增大和过度时间延长，比例增益过大还可能造成系统不稳定。

积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。

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只要系统存在误差，随着时间的增加，积分控制作用就不断累积，所产生的输出控制量以消除误差，因而，只要有足够时间，积分控制作用就可以完全消除静态误差。但积分作用太强会使系统超调量增大，甚至系统出现振荡。

微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，使系统稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减少调整时间，从而改善系统上网动态性能。微分作用不足之处是放大了噪声信号，过大的微分常数是造成系统不稳定的重要因素。

4.2液压系统PID校正步骤

1.传递函数转换

U(s)1KPTITDs?TIs?1Gc(s)??KP(1??TDs)?()E(s)TIsTIs?KPI(T1s?1)(T2s?1)s4TD?1 TI(4-3)

?14TDT?T(1?1?）?1I2TI?KP其中K? ?TI?T?1T(1?1?4TD）2I?2TI?2.计算滞后转折频率

5T1???0.1

?c503.计算超前转折频率

???(?c)?tan?1(T1?c)?tan?1(T2?c)?90??[?]??5T2?1?ctan([?]????(?c)?90??tan?1(T1?c))

1?tan(50??15??72??90??tan?1(5))60?1.507?10?3 第 19 页 共 27 页