電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例電液伺服與比例控制系統(tǒng)一、確定設(shè)計(jì)要求二、擬定控制方案三、動(dòng)力元件匹配四、位控仿真校正五、速度仿真校正六、力控仿真校正七、實(shí)際應(yīng)用效果單腿髖關(guān)節(jié)動(dòng)力元件油源控制器膝關(guān)節(jié)動(dòng)力元件伺服放大器確定設(shè)計(jì)要求一被控量要求1900mm125mm長度85mm左極限位置右極限位置負(fù)載特性要求2確定設(shè)計(jì)要求一穩(wěn)快準(zhǔn)要求3指標(biāo)位置控制系統(tǒng)要求穩(wěn)定性幅值裕度≥10dB相角裕度≥50°超調(diào)量≤30%快速性頻帶寬度＞20Hz穩(wěn)定時(shí)間≤0.2s準(zhǔn)確性穩(wěn)態(tài)誤差(階躍響應(yīng))≤1%指標(biāo)速度控制系統(tǒng)要求穩(wěn)定性幅值裕度≥10dB相角裕度≥50°超調(diào)量≤10%快速性頻帶寬度＞15Hz穩(wěn)定時(shí)間≤0.08s準(zhǔn)確性穩(wěn)態(tài)誤差(階躍響應(yīng))≤2.5%指標(biāo)力控制系統(tǒng)要求穩(wěn)定性超調(diào)量≤10%快速性頻帶寬度＞50Hz穩(wěn)定時(shí)間≤0.4s準(zhǔn)確性穩(wěn)態(tài)誤差(階躍響應(yīng))≤10%擬定控制方案二閉環(huán)控制還是開環(huán)控制閉環(huán)控制?節(jié)流控制還是容積控制?伺服控制還是比例控制?節(jié)流控制伺服控制動(dòng)力元件匹配三動(dòng)力元件計(jì)算1直徑D=25mm工作壓力：21MPa考慮余量:25L/min動(dòng)力元件匹配三控制元件選取2伺服閥流量增益伺服閥增益動(dòng)力元件匹配三其他元件選取3伺服放大器位移傳感器拉壓力傳感器研華工控機(jī)可采集±10V的電壓信號可輸出±10V的電壓信號。圖片源自深圳賽德力（/）圖片源自航宇（(/)）圖片源自研華科技（/）圖片源自（/）位置控制系統(tǒng)仿真及校正四指標(biāo)位置控制系統(tǒng)要求穩(wěn)定性幅值裕度≥10dB相角裕度≥60°超調(diào)量≤30%快速性頻帶寬度＞20Hz穩(wěn)定時(shí)間≤0.2s準(zhǔn)確性穩(wěn)態(tài)誤差(階躍響應(yīng))≤1%控制框圖：位置控制系統(tǒng)仿真及校正四位置控制系統(tǒng)仿真1傳遞函數(shù)：仿真框圖：Ⅰ型無差系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型仿真模型位置控制系統(tǒng)仿真及校正四位置控制系統(tǒng)仿真1初始狀態(tài)2mm階躍信號Kp=1Kp=3.5快速性差穩(wěn)定性差時(shí)域Kp=1時(shí)，1Hz正弦信號準(zhǔn)確性差位置控制系統(tǒng)仿真及校正四位置控制系統(tǒng)仿真1頻域系統(tǒng)開環(huán)Bode圖(Kp=1)L=12dBγ=88°0dB-180°幅值、相角穩(wěn)定裕量過大系統(tǒng)性能差如何做？位置控制系統(tǒng)仿真及校正四工程PID校正2Z-N參數(shù)整定規(guī)則KP=0.6KprKI=0.5TcrKD=0.125TcrKpr=4.1Tcr=0.05s位置控制系統(tǒng)仿真及校正四工程PID校正2正弦響應(yīng)對比圖PID校正bode圖跟隨性、快速性提升改變低頻和高頻的斜率指標(biāo)要求設(shè)計(jì)結(jié)果指標(biāo)要求設(shè)計(jì)結(jié)果幅值裕度≥10dB5dB相角裕度≥50°89°穩(wěn)定誤差≤1%0頻帶寬度＞20Hz23Hz?復(fù)合校正3(1)加速度反饋校正L1=12dBL2=25dB

加速度反饋原理振蕩減小，穩(wěn)定性增強(qiáng)阻尼比變大，諧振峰值減小阻尼比增大穩(wěn)定性提高!復(fù)合校正3(2)速度反饋和加速度反饋復(fù)合校正加速度反饋和速度反饋原理Kvf=18.8Kaf=0.11復(fù)合校正3(2)速度反饋和加速度反饋復(fù)合校正L1=25dB??h1=132rad/sL2=38dB??h2=213rad/s增益減小，上升更平緩固有頻率增加，幅值穩(wěn)定裕度變大復(fù)合校正3(3)比例增益調(diào)節(jié)Kp=25復(fù)合校正3

tr1=1000mstr2=30ms

上升時(shí)間變快穿越頻率增加頻寬增加!快速性提高(3)比例增益調(diào)節(jié)復(fù)合校正3(4)速度順饋和加速度順饋校正輸入改用4Hz的正弦信號存在相位差和幅值差準(zhǔn)確性不佳怎么辦？復(fù)合校正3(4)速度順饋和加速度順饋校正速度順饋調(diào)整相位加速度順饋調(diào)幅值復(fù)合校正3(5)復(fù)合校正前后對比固有頻率阻尼比提高頻寬提高跟隨性顯著提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性提升！指標(biāo)要求設(shè)計(jì)結(jié)果指標(biāo)要求設(shè)計(jì)結(jié)果幅值裕度≥10dB10.4dB相角裕度≥50°51°穩(wěn)定誤差≤1%0穩(wěn)定時(shí)間≤0.2s0.15s超調(diào)量≤30%28%頻帶寬度＞20Hz28Hz???速度控制系統(tǒng)仿真及校正五指標(biāo)速度控制系統(tǒng)要求穩(wěn)定性幅值裕度≥10dB相角裕度≥50°超調(diào)量≤10%快速性頻帶寬度＞15Hz穩(wěn)定時(shí)間≤0.08s準(zhǔn)確性穩(wěn)態(tài)誤差(階躍響應(yīng))≤2.5%速度控制系統(tǒng)仿真及校正五控制框圖：傳遞函數(shù)：仿真框圖：速度控制系統(tǒng)仿真1積分校正!!!速度控制系統(tǒng)仿真及校正五速度控制系統(tǒng)仿真10.1516不穩(wěn)!不準(zhǔn)!0dB-40dB/dec由-40dB/dec穿越調(diào)至-20dB/dec穿越速度控制系統(tǒng)仿真及校正五積分環(huán)節(jié)校正2積分校正后的控制框圖積分校正后的仿真框圖太小速度控制系統(tǒng)仿真及校正五積分環(huán)節(jié)校正20dB-20dB/dec頻域圖有波峰時(shí)域圖有抖動(dòng)加速度反饋校正復(fù)合校正后的控制框圖速度控制系統(tǒng)仿真及校正五加速度反饋與積分環(huán)節(jié)復(fù)合校正3最佳阻尼比0.4-0.8等效其中代入數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到復(fù)合校正后的仿真框圖速度控制系統(tǒng)仿真及校正五加速度反饋與積分環(huán)節(jié)復(fù)合校正30dB-180°25.5dB83.9°校正前后時(shí)域?qū)Ρ葓D校正前后頻域?qū)Ρ葓D校正前校正后快速性差0.38s抖動(dòng)消失相角裕度和幅值裕度都過大增大積分校正的增益K1提高系統(tǒng)快速性速度控制系統(tǒng)仿真及校正五調(diào)節(jié)積分增益前后對比4校正后時(shí)域圖對比校正后頻域圖對比閉環(huán)Bode圖驗(yàn)證15.1Hz-3dBK1=1K1=4.80.07s9%K1=4.8K1=159.8°11.9dB幅值裕度↓13.5dB指標(biāo)要求設(shè)計(jì)結(jié)果指標(biāo)要求設(shè)計(jì)結(jié)果幅值裕度≥10dB11.9dB相角裕度≥50°59.8°穩(wěn)定誤差≤2.5%0穩(wěn)定時(shí)間≤0.08s0.07s超調(diào)量≤10%9%頻帶寬度＞15Hz15.1Hz速度控制系統(tǒng)仿真及校正五調(diào)節(jié)積分增益前后對比4???力控制系統(tǒng)仿真及校正六機(jī)器人單腿力控制指標(biāo)力控系統(tǒng)要求穩(wěn)定性超調(diào)量≤10%快速性頻帶寬度＞50Hz穩(wěn)定時(shí)間≤0.1s準(zhǔn)確性穩(wěn)態(tài)誤差(階躍響應(yīng))≤10%力控制系統(tǒng)仿真及校正六力控制系統(tǒng)仿真1力控系統(tǒng)傳遞函數(shù)負(fù)載固有頻率機(jī)械阻尼比力控制系統(tǒng)仿真及校正六力控制系統(tǒng)仿真1控制框圖：仿真框圖：力控制系統(tǒng)仿真及校正六力控制系統(tǒng)仿真1頻域

系統(tǒng)開環(huán)Bode圖0dB系統(tǒng)閉環(huán)Bode圖時(shí)域500N階躍信號三次穿越0dB線穩(wěn)定性差-3dB2.16Hz0.3s快速性差穩(wěn)態(tài)誤差大準(zhǔn)確性差力控制系統(tǒng)仿真及校正六力控制系統(tǒng)仿真1輸出響應(yīng)曲線對比Kb=1.5Kb=1Kb=0.7Kb=0.2嘗試改變Kb力控制系統(tǒng)仿真及校正六力控制系統(tǒng)仿真1校正方法結(jié)構(gòu)不變性校正雙慣性環(huán)節(jié)校正穩(wěn)定性快速性力控制系統(tǒng)仿真及校正六0dB雙慣性校正2=15.1rad/s=24.9rad/s20rad/s力控制系統(tǒng)仿真及校正六雙慣性校正20dB雙慣性校正開環(huán)Bode圖力控制系統(tǒng)仿真及校正六雙慣性校正2雙慣性校正閉環(huán)Bode圖幅頻裕度變?yōu)檎€(wěn)定性提升頻寬2.16Hz→2.67Hz快速性提升不滿足要求消除上升階段急劇波動(dòng)響應(yīng)曲線力控制系統(tǒng)仿真及校正六結(jié)構(gòu)不變校正3本力控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不變性校正補(bǔ)償器力控制系統(tǒng)仿真及校正六結(jié)構(gòu)不變校正3仿真框圖消除初始階段的劇烈抖動(dòng)穩(wěn)定性增強(qiáng)響應(yīng)曲線對比力控制系統(tǒng)仿真及校正六結(jié)構(gòu)不變校正3結(jié)構(gòu)不變校正開環(huán)Bode圖0dB校正后校正前結(jié)構(gòu)不變校正閉環(huán)Bode圖校正后校正前3次穿越0dB→1次穿越0dB穩(wěn)定性改善頻寬2.16Hz→94.5Hz快速性大幅提升指標(biāo)要求設(shè)計(jì)結(jié)果指標(biāo)要求設(shè)計(jì)結(jié)果超調(diào)量≤10%