我司液压伺服控制系统的控制原理
概述
随着国内经济的高速发展，塑料制品行业对高速，高精密注塑机的需
求量与日剧增，而液压机高速，精密成型的保证，就是一必须拥有合
理而高刚性的锁模和射胶机构，二它必须拥有强劲的动力和反应灵敏
而精确的液控系统。其中，液压伺服控制系统是使执行元件以一定的
精度自动地按照输入信号的变化规律而动作的一种自动控制系统。其
可从不同的角度加以分类，按输出的物理量分类，有位置伺服系统，
速度伺服系统，力（或压力）伺服系统等；按控制信号分类，有机液
伺服系统，电液伺服系统，气液伺服系统；按控制元件分类，有阀控
系统和泵控系统两大类。下面，我们讨论阀控伺服系统。阀控伺服系
统主要由压力传感器，位置传感器，控制器和伺服阀等构成一个闭环
的系统，按系统的需求来分别做到或按序做到速度伺服控制，位置伺
服控制和压力伺服控制。最终，达到系统的要求和重复精度。
如图，传感器与控制卡（也可集成在塑机工控电脑中），伺服阀的有
机组合，就形成了一个闭环控制系统，随着系统工作情况要求的不同，来实现不同的伺服控制。在注射过程，注射到终点前，注射速度较为
重要，则此系统以速度闭环控制为主，控制器对位置传感器高频采样，测出活塞的瞬时速度与塑机电脑要求的速度对比，再发出调整后的信
号给伺服阀。最终，使活塞的运动速度达到塑机电脑要求的速度。进
入快到射胶终点，保压和熔胶背压阶段，这时压力较为重要，则此系
统以压力闭环控制为主，装在射胶油缸两侧的压力传感器传回的信号
起主要作用，控制卡将其与塑机电脑给出的压力信号对比，来调整给
伺服阀的信号，最终，使注射腔的压力值与设定值相同。在塑机电脑
没有发出任何指令的情况下，此时位置保持就比较重要，所以，系统
这时会主要进行位置闭环的控制。同理，在锁模油缸伺服控制的情形下，也是如此按顺序控制，锁模开始，快速移模可作速度闭环控制，
模具快合上时，切换到位置控制，有快速锁模到锁模油缸活塞停止的
位置之间的转换也是可控的，最后，模具合上时，切换的压力控制。
上述只是某种工艺要求下的伺服控制逻辑，随着不同的要求，控制的
逻辑，种类也都不尽相同，但是，其控制理念，是相同的。最终的目的，都是为了精确，迅速的达到塑机电脑的指令要求和保证动作的重
复精度。
下面对伺服闭环控制系统各组成部分作简单介绍。
传感器
任何好的系统，都必须具有迅捷，准确的感知部件，只有及时，准确
的监测执行机构当前所处的状态，控制器才能主动地发出新的指令，
来调整执行机构的运动，使之接近控制电脑所要求的运动状态。因此，全方位的了解执行机构，是伺服系统的必备条件。主要由压力，位置
等传感器来共同构成准确，及时的跟踪监测系统。传感器的固有特性，包括线性，最大采样频率，抗干扰能力等都对准确，及时地感知有重
要影响。
伺服阀
伺服系统中最重要，最基本的组成部分，它起着信号转换，功率放大
及反馈等控制作用。常见的伺服阀有直动式阀（滑阀），射流管先导
级伺服比例阀喷嘴挡板阀伺服电磁阀等。下面简单介绍它们的结构原
理及特点。
*直动式阀
将一与所期望的阀芯位移成正比的电信号输入阀内放大电路，此信号
将转换成一个脉宽调制电流作用在线性马达上，力马达产生推力推动
阀芯产生一定的位移。同时激励器激励阀芯位移传感器产生一个与阀
芯实际位移成正比的电信号，解调后的阀芯位移信号与输入指令信号
进行比较，比较后得到的偏差信号将改变输入至力马达的电流大小；
直到阀芯位移达到所需值。阀芯位移的偏差信号为零。最后得到的阀
芯位移与输入的电信号成正比。其特点是低泄漏，无先导级流量；动
态响应较高，由于线性力马达具有很高的无阻尼自然频率，因此自动
式伺服阀的动态响应较高，且与系统压力无关；低滞缓和高分辨率使
系统具有优异的重复精度；良好的控制性能，直动式伺服阀具有很高
的阀芯位置回路增益，因此，阀的稳定性和动态响应性能非常好。
*射流管先导级伺服比例阀
伺服射流管先导级主要由力矩马达，射流管和接收器组成，当线圈中有电流通过时，产生的电磁力
使射流管偏离零位，管内的大部分液流集中射向一侧的接收器，而另一侧的接收器所得到的流量明
显减少，由此造成两接受器内的压力变化。主阀阀芯因此压差而产生位移。其工作特点是由力矩马
达配射流管，大大改善了流量的接收率，使得能耗降低；具有很高的无阻尼自然频率，这种阀的动
态响应高。目前，这种伺服阀主要是二级，多级伺服阀。
*喷嘴挡板阀
喷嘴挡板阀有单喷嘴式和双喷嘴式两种，两者的工作原理基本相同，如图所示双喷嘴挡板阀的原理，它有2，3两个喷嘴，1为挡板，固定的两个截流孔4和5组成。挡板和两个喷嘴之间形成两个可变截
面的截流缝隙。挡板偏离中间位置时，造成两个喷嘴的压力发生变化，主阀阀芯因此而产生位移。
现在，挡板的运动多有力矩马达来调节。因此，其动态响应较高。伺服喷嘴挡板阀常用于多级放大
伺服控制元件的前置级。
*直动式阀
将一与所期望的阀芯位移成正比的电信号输入阀内放大电路，此信号将转换成一个脉宽调制电流作
用在线性马达上，力马达产生推力推动阀芯产生一定的位移。同时激励器激励阀芯位移传感器产生
一个与阀芯实际位移成正比的电信号，解调后的阀芯位移信号与输入指令信号进行比较，比较后得
到的偏差信号将改变输入至力马达的电流大小；直到阀芯位移达到所需值。阀芯位移的偏差信号为零。最后得到的阀芯位移与输入的电信号成正比。其特点是低泄漏，无先导级流量；动态响应较高，由于线性力马达具有很高的无阻尼自然频率，因此自动式伺服阀的动态响应较高，且与系统压力无关；低滞缓和高分辨率使系统具有优异的重复精度；良好的控制性能，直动式伺服阀具有很高的阀
芯位置回路增益，因此，阀的稳定性和动态响应性能非常好。
*伺服电磁阀
机械结构类似普通电液阀，但其先导阀由线性马达驱动，且主阀阀芯和先导阀阀芯都有位置传感器。其特点是由线性马达驱动，对油液清洁度的要求相对较低。
运算
1. 把检测系统对执行元件，阀的各种状态反馈来的实时信息进行分析，将其与系统要求达到状态信息相比较，并预知在现有的状态下，下一时刻执行元件的状态，发出调整后的控制信号，使执行元
件进一步贴近控制系统要求的状态。这一环节最为重要的就是对反馈信息做出正确，及时地分析，
对比，预知。目前，液压伺服系统的控制调节器的控制理论都是基于PID算法。按偏差的比例（Proportional），积分（Integral）和微分（Derivative）进行控制的调节，它的结构简单，参数易于调整。在模拟调节系统中，PIC控制算法的模拟表达式为
式中，u(t)为调节器的输出信号；e(t)为偏差信号，它等于系统给定量与
输出量之差；Kp为比例系数；T1为积分时间常数；TD为微分时间常数。由于计算机系统是一种采样控制系统，它只能根据采样时刻的偏差值
计算控制量。因此，为了使计算机能实现式（1），必须将其离散化，
用离散的差分方程来代替连续系统的微分方程。
连续的时间离散化，即:
t=KT(K=0,1,2……n)
积分用累加求和近似得
微分用一阶后向差分近似得
式中，T为采样周期；e(k)为系统第k次采样时刻的偏差值；e(k-1)为系统
第(k-1)次采样时刻的偏差值；k为采样序号，k=0,1,2…。
将式（2）和式（3）代入式（1），则可得到离散的PID表达式
如果采样周期T取得足够小，该算式可以很好地逼近模拟PID算式，因而
使被控过程与连续控制过程十分接近。由于式(4)表示的控制算法提供
了执行元件的位置u(k)，即其输出值与阀芯开度的位置一一对应，所以，通常把式(4)称为位置式PID控制算法。
继续推导，还有增量式PID控制算法等。随着控制技术的不断发展，又
出现了一些更好控制积分，微分的方法，如积分饱和的防止方法，不
完全微分的PID算法等等。在此不再一一详述。
目前，液压伺服系统在注塑机上的应用越来越多，PID控制器参数对系
统性能的影响日益为大家所关注。PID控制器的参数，即比例系数Kp，
积分时间常数TI ，微分时间常数TD 分别能对系统性能产生不同的影响。
比例系数Kp对系统性能的影响
①. 对动态特性的影响
比例系数Kp加大，使系统的动作灵敏，速度加快。Kp偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。当Kp太大时，系统会趋于不稳定。若Kp太小，又会使系统的动作缓慢。
②. 对稳态特性的影响
加大比例系数Kp，在系统稳定的情况下，可以减少稳态误差ess，提高
控制精度。但是，加大Kp只是减少ess，却不能完全消除稳态误差。
积分时间常数TI 对系统性能的影响
①. 对动态特性的影响
TI 太小时，系统将不稳定，TI 偏小，则系统振荡次数较多。TI 太大，对
系统性能的影响减少。当TI 适合时，过渡过程的特性则比较理想。
②. 对稳态误差的影响
积分控制能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但是，
若TI 太大时，积分作用太弱，以至不能减少稳态误差。
微分时间常数TD 对系统性能的影响
微分控制可以改善动态特性，如超调量减小，调节时间缩短，允许加
大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。当TD 偏大时，超调量
较大，调节时间较长；当TD 偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有TD 合适时，可以得到比较满意的过渡过程。
另外，一些伺服阀控制卡的采样周期T是需要在调试时进行调整的（如YUKEN的SK1128型）,而采样周期T在注塑机控制系统中是一个重要参量，
必须根据具体的情况来选择。
1. 必须满足采样定理的要求。从信号的保真度来看，采样周期必须满足Shannon采样定理，即采样角频率ωs≥2ωmax，ωmax是被采样信号的最高
频率，因为ωs=2π/T，所以，根据采样定理可以确定采样周期的上限
值T≤π/ωmax。
2. 从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，则T小些好。干扰频率越高，则采样频率最好越高，以便实现快速跟随和快速抑制干扰。
3. 根据被控对象的特性，快速系统的T应取小，反之，T可取大些。
4. 根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时，T应取大些。否则，执行机构来不及反应控制器输出值的变化。
5. 随着控制器的运算速度不同，T的取值也不尽相同。
由于注塑机工作状况因工艺条件而不同，在调试时应逐步确定。_
自动控制原理答案
第一章 习题答案 习 题 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出 被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 1-4 题1-4图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器1P 、2 P
并联后跨接到同一电源0 E 的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采用电枢控制的方式工作。 试分析系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 题1-4图导弹发射架方位角控制系统原理图 1-5 采用离心调速器的蒸汽 机转速控制系统如题1-5图所示。 其工作原理是：当蒸汽机带动负载 转动的同时，通过圆锥齿轮带动一 对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链 可带动套筒上下滑动，套筒装有平 衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠 杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽 阀门的开度。在蒸汽机正常运行 时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速 ω下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速 ω增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速 ω保持在某个期望值附近。 指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 1-6 摄像机角位置自动跟踪系统如题1-6图所示。当光点显示器对准某个方向时，摄像机会自动跟踪并对准这个方向。试分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量及给定量，画出系统方框图。 题1-5图蒸汽机转速自动控制系统
自动控制原理1典型题解(期末复习)
自动控制原理1期末复习大纲和典型题解 1-1 根据题1-15图所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成： (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-3 图1-17为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被 控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 图1-17 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比， c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流 电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电
动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压 r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停 留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。 2-12 试用结构图等效化简求图2-32所示各系统的传递函数 ) () (s R s C 。
自动控制原理实验
自动控制原理实验 实验报告 实验三闭环电压控制系统研究 学号姓名 时间2014年10月21日 评定成绩审阅教师
实验三闭环电压控制系统研究 一、实验目的： （1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。 （2）会正确实现闭环负反馈。 （3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、预习与回答： （1）在实际控制系统调试时，如何正确实现负反馈闭环？ 答：负反馈闭环，不是单纯的加减问题，它是通过增量法实现的，具体如下： 1.系统开环； 2.输入一个增或减的变化量； 3.相应的，反馈变化量会有增减； 4.若增大，也增大，则需用减法器； 5.若增大，减小，则需用加法器，即。 （2）你认为表格中加1KΩ载后，开环的电压值与闭环的电压值，哪个更接近2V？ 答：闭环更接近。因为在开环系统下出现扰动时，系统前部分不会产生变化。故而系统不具有调节能力，对扰动的反应很大，也就会与2V相去甚远。 但在闭环系统下出现扰动时，由于有反馈的存在，扰动产生的影响会被反馈到输入端，系统就从输入部分产生了调整，经过调整后的电压值会与2V相差更小些。 因此，闭环的电压值更接近2V。 （3）学自动控制原理课程，在控制系统设计中主要设计哪一部份？ 答：应当是系统的整体框架及误差调节部分。对于一个系统，功能部分是“被控对象”部分，这部分可由对应专业设计，反馈部分大多是传感器，因此可由传感器的专业设计，而自控原理关注的是系统整体的稳定性，因此，控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。 二、实验原理： （1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。
自动控制原理答案
《自动控制原理》习题参考答案 第1章 1.7.2基础部分 1.答：开环控制如：台灯灯光调节系统。 其工作原理为：输入信号为加在台灯灯泡两端的电压，输出信号为灯泡的亮度，被控对象为灯泡。当输入信号增加时，输出信号（灯泡的亮度）增加，反之亦然。 闭环控制如：水塔水位自动控制系统。 其工作原理为：输入信号为电机两端电压，输出信号为水塔水位，被控对象为电机调节装置。当水塔水位下降时，通过检测装置检测到水位下降，将此信号反馈至电机，电机为使水塔水位维持在某一固定位置增大电机两端的电压，通过调节装置调节使水塔水位升高。反之亦然。 2.答：自动控制理论发展大致经历了几个阶段： 第一阶段：本世纪40~60年代，称为“经典控制理论”时期。 第二阶段：本世纪60~70年代，称为“现代控制理论”时期。 第三阶段：本世纪70年代末至今，控制理论向“大系统理论”和“智能控制”方向发展。 3.答：开环控制：控制器与被空对象之间只有正向作用而没有反馈控制作用，即系统的输 出量与对控制量没有影响。 闭环控制：指控制装置与被空对象之间既有正向作用，又有反向联系控制的过程。 开环控制与闭环控制的优缺点比较： 对开环控制系统来说，由于被控制量和控制量之间没有任何联系，所以对干扰造成的误差系统不具备修正的能力。 对闭环控制系统来说，由于采用了负反馈，固而被控制量对于外部和内部的干扰都不甚敏感，因此，有不能采用不太精密和成本低廉的元件构成控制质量较高的系统。 4.答：10 线性定常系统；（2）非线性定常系统； （3）非线性时变系统；（4）非线时变系统； 1.7.3 提高部分 1.答：1）方框图： 2)工作原理：假定水箱在水位为给定值c（该给定值与电位器给定电信ur对应），此时浮子处于平衡位置，电动机无控制作用，水箱处于给定水位高度，水的流入量与流出量保持不变。当c增大时，由于进水量一时没变浮子上升，导致c升高，给电信计作用后，使电信计给电动机两端电压减小，电动机带动减齿轮，使控制阀开度减小，使进水量减小，待浮
自动控制原理实验报告
自动控制原理 实验报告 姓名学号 时间地点实验楼B 院系专业 实验一系统的数学模 实验二控制系统的时域分析 实验三控制系统的频域分析
实验一系统的数学模 一、实验目的和任务 1、学会使用MATLAB的命令； 2、掌握MATLAB有关传递函数求取及其零、极点计算的函数。 3、掌握用MATLAB 求取系统的数学模型 二、实验仪器、设备及材料 1、计算机 2、MATLAB软件 三、实验原理 1、MATLAB软件的使用 2、使用MATLAB软件在计算机上求取系统的传递函数 四、实验内容 1、特征多项式的建立与特征根的求取 在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果 >>p=[1,3,0,4]; p = 1 3 0 4 >>r=roots(p) r = -3.3553 + 0.0000i 0.1777 + 1.0773i 0.1777 - 1.0773i >>p=poly(r) p = 1.0000 3.0000 -0.0000 4.0000 2、求单位反馈系统的传递函数： 在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果 >>numg=[1];deng=[500,0,0]; >>numc=[1,1];denc=[1,2]; >>[num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc); >>[num,den]=cloop(num1,den1,-1) num = 0 0 1 1
den = 500 1000 1 1 >>printsys(num,den) num/den = s + 1 --------------------------- 500 s^3 + 1000 s^2 + s + 1 3、传递函数零、极点的求取 在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果>>num1=[6,0,1];den1=[1,3,3,1]; >>z=roots(num1) ; >>p=roots(den1) ; >>n1=[1,1];n2=[1,2];d1=[1,2*i];d2=[1,-2*i];d3=[1,3]; >>num2=conv(n1,n2) num2 = 1 3 2 >>den2=conv(d1,conv(d2,d3)) den2 = 1 3 4 12 >>printsys(num2,den2) s^2 + 3 s + 2 ---------------------- s^3 + 3 s^2 + 4 s + 12 >>num=conv(num1,den2);den=conv(den1,num2); >>printsys(num,den) 6 s^5 + 18 s^4 + 25 s^3 + 75 s^2 + 4 s + 12 ------------------------------------------- s^5 + 6 s^4 + 14 s^3 + 16 s^2 + 9 s + 2 >>pzmap(num,den),title(‘极点－零点图’)
自动控制原理题目参考答案
一、填空题 1 闭环控制系统又称为反馈控制系统。 2 一线性系统,当输入就是单位脉冲函数时,其输出象函数与 传递函数 相同。 3一阶系统当输入为单位斜坡函数时,其响应的稳态误差恒为 时间常数T 。 4 控制系统线性化过程中,线性化的精度与系统变量的 偏移程度 有关。 5 对于最小相位系统一般只要知道系统的 开环幅频特性 就可以判断其稳定性。 6 一般讲系统的位置误差指输入就是 阶跃信号 所引起的输出位置上的误差。 7 超前校正就是由于正相移的作用,使截止频率附近的 相位 明显上升,从而具有较大的 稳定裕度。 8 二阶系统当共轭复数极点位于 +-45度 线上时,对应的阻尼比为0、707。 9 PID 调节中的“P ”指的就是 比例 控制器。 10 若要求系统的快速性好,则闭环极点应距虚轴越_ 远 越好。 11 在水箱水温控制系统中,受控对象为_水箱 ,被控量为_水温 。 12 自动控制系统有两种基本控制方式,当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为_ 开环控制方式 ;当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时,称为_ 闭环控制方式 ;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于_ 开环控制方式 。 13 稳定就是对控制系统最基本的要求,若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡,则该系统_ 稳定 _。判断一个闭环线性控制系统就是否稳定,在时域分析中采用_ 劳斯判据 _;在频域分析中采用_ 奈氏判据 _。 14、传递函数就是指在_ 零 _初始条件下、线性定常控制系统的_ 输入拉式变换 _与_ 输出拉式变换 _之比。 15 设系统的开环传递函数为2(1)(1) K s s Ts τ++,则其开环幅频特性为_ _,相频特性为 _-180-arctan(tw-Tw)/1+tTw _。 16 频域性能指标与时域性能指标有着对应关系,开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对 应时域性能指标_ 调整时间t _,它们反映了系统动态过程的_快速性 _。 17 复合控制有两种基本形式:即按 输入 的前馈复合控制与按 扰动 的前馈复合控制。 18 信号流图由节点___与___支路_组成。 19 二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为_(0,1)___。 20 两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为()G s ,则G(s)为 G 1(s)+ G 2(s)(用G 1(s)与G 2(s) 表示)。 21 PI 控制器就是一种相位_比例积分___的校正装置。 22 最小相位系统就是指 S 右半平面不存在系统的开环零点与开环极点 。 23对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面:快速性____、_稳定性___与准确性。 24如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间,则在这两个极点间必定存在_一个分离点 _。
自动控制原理题库(经典部分)解读
《自动控制原理》题库 一、解释下面基本概念 1、控制系统的基本控制方式有哪些？ 2、什么是开环控制系统？ 答：在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。 3、什么是自动控制？ 答：自动控制就是采用控制装置使被控对象自动地按照给定的规律运行，使被控对象的一个或数个物理量能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。 4、控制系统的基本任务是什么？ 5、什么是反馈控制原理？ 6、什么是线性定常控制系统？ 7、什么是线性时变控制系统？ 8、什么是离散控制系统？ 9、什么是闭环控制系统？ 10、将组成系统的元件按职能分类，反馈控制系统由哪些基本元件组成？ 11、组成控制系统的元件按职能分类有哪几种？ 12、典型控制环节有哪几个？ 13、典型控制信号有哪几种？ 14、控制系统的动态性能指标通常是指？ 15、对控制系统的基本要求是哪几项？ 16、在典型信号作用下，控制系统的时间响应由哪两部分组成? 17、什么是控制系统时间响应的动态过程？ 18、什么是控制系统时间响应的稳态过程？ 19、控制系统的动态性能指标有哪几个？ 20、控制系统的稳态性能指标是什么？ 21、什么是控制系统的数学模型？ 22、控制系统的数学模型有： 23、什么是控制系统的传递函数？ 24、建立数学模型的方法有? 25、经典控制理论中，控制系统的数学模型有?
26、系统的物理构成不同，其传递函数可能相同吗?为什么? 27、控制系统的分析法有哪些？ 28、系统信号流图是由哪二个元素构成？ 29、系统结构图是由哪四个元素组成？ 30、系统结构图基本连接方式有几种？ 31、二个结构图串联连接，其总的传递函数等于？ 32、二个结构图并联连接，其总的传递函数等于？ 33、对一个稳定的控制系统，其动态过程特性曲线是什么形状？ 34、二阶系统的阻尼比10<<ξ，其单位阶跃响应是什么状态？ 35、二阶系统阻尼比ξ减小时，其阶跃响应的超调量是增大还是减小？ 36、二阶系统的特征根是一对负实部的共轭复根时，二阶系统的动态响应波形是什么特点？ 37、设系统有二个闭环极点，其实部分别为：δ＝－2；δ＝－30，问哪一个极点对系统动态过程的影响大？ 38、二阶系统开环增益K 增大，则系统的阻尼比ξ减小还是增大？ 39、一阶系统可以跟踪单位阶跃信号，但存在稳态误差？不存在稳态误差。 40、一阶系统可以跟踪单位加速度信号。一阶系统只能跟踪单位阶跃信号（无稳态误差）可以跟踪单位斜坡 信号（有稳态误差） 41、控制系统闭环传递函数的零点对应系统微分方程的特征根。应是极点 42、改善二阶系统性能的控制方式有哪些？ 43、什么是二阶系统？什么是Ⅱ型系统？ 44、恒值控制系统 45、谐振频率 46、随动控制系统 47、稳态速度误差系数K V 48、谐振峰值 49、采用比例－微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的什么参数？。 50、什么是控制系统的根轨迹？ 51、什么是常规根轨迹？什么是参数根轨迹？ 52、根轨迹图是开环系统的极点在s 平面上运动轨迹还是闭环系统的极点在s 平面上运动轨迹？ 53、根轨迹的起点在什么地方？根轨迹的终点在什么地方？ 54、常规根轨迹与零度根轨迹有什么相同点和不同点？ 55、试述采样定理。
北航自动控制原理实验报告(完整版)
自动控制原理实验报告 一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数： 由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 （1）当T=0.25时，误差==6.12%； （2）当T=0.5时，误差==1.32%； （3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3
系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3
2014考研西北工业大学《821自动控制原理》模拟题解析部分
专业课模拟题解析课程 第1讲 模拟题一解析（一）
一、（25分）某系结构图如下图所示，该系统的单位阶跃响应如右图。 （1）求该系统结构图中未知参量v,k,T. e (2)当T不等于零时，求a的值，使该系统的单位斜坡误差1 ss 考点：（1）阶跃响应的导数是脉冲响应，脉冲响应的s域表达式就是系统的传递函数。
（2）稳态误差的算法 解： ， a s Ts s a s K Ts s a s Ts s a s K s v v v ++++=+++++=Φ)1()() 1(1) 1()()(?? ??===1 110T v K ?? ??===0 210T v K
或者 （2）由梅森公式可得，该系统的误差传递函数为： 22 1()21(1) e s s s s a s s a s s φ+==++++ + 22220011 lim *()*lim **12e s s s s s s s s s s a s φ→→+==++ a=1 二、(25分)已知系统结构图，K * = 0→∞，绘制系统根轨迹并确定： （1）使系统稳定且为欠阻尼状态时开环增益 K 的取值范围； （2） 当3λ =-5 时，1,2λ=？相应 K=?
解： ①实轴上的根轨迹：[-∞,-4], [-2,0] ② 渐近线： * () (2)(4) K G s s s s = ++ *8 1 K K v ?= ? = ? 111 24 d d d ++= ++
③ 分离点： 整理得： 舍去第二个结果，可得： ④ 虚轴交点： 231280d d ++=120.845; 3.155 d d =-=-0.845 * 24 3.08 d d K d d d =-=++=*32*()(2)(4)680 D s s s s K s s s K =+++=+++=
自动控制原理课程实验
上海电力学院实验报告 自动控制原理实验课程 题目：2.1.1(2.1.6课外)、2.1.4（2.1.5课内）班级：gagagagg 姓名：lalalal 学号：hahahahah 时间：zzzzzzzzzzz
实验内容一： 一、问题描述： 已知系统结构图，（1）用matlab编程计算系统的闭环传递函数；（2）用matlab转换函数表示系统状态空间模型；（3）计算其特征根。 二、理论方法分析 （1）根据系统结构图的串并联关系以及反馈关系，分别利用tf （）函数series（）函数，parallel函数以及feedback函数构建系统传递函数；（2）已求出系统传递函数G，对于线性定常系统利用函数ss（G）课得到系统的状态空间模型。（3）利用线性定常系统模型数据还原函数[num，den]=tfdata（G，‘v’）可得到系统传递函数的分子多项式num与分母多项式den，利用roots（den）函数可得到系统的特征根。 三、实验设计与实现 新建M文件，编程程序如下文所示： G1=tf([0.2],[1,1,1]); G2=tf([0.3],[1,1]); G3=tf([0.14],[2,1]); G4=series(G2,G3);%G2与G3串联 G5=0.7*feedback(G4,-1,1); G6=0.4*feedback(G1,G5,1); G7=feedback(G6,0.6)
ss(G7)%将系统传递函数转化为状态空间模型 [num den]=tfdata(G7,'v');%还原系统传递函数分子、分母系数矩阵 roots(den)%求系统传递函数特征根 点击Run运行 四、实验结果与分析 M文件如下： 运行结果如下：
液压伺服控制系统的优缺点
液压伺服控制系统的优缺点 参考资料：https://www.wendangku.net/doc/5d9559800.html,/s/blog_71facf0001010n63.html 液压伺服控制系统，是在液压传动和自动控制理论基础上建立起来的一种自动控制系统。近年来,随着自动控制的发展,无论是电气或液压伺服系统,在所有的工业部门中都开始得到应用,并普遍地为人们所熟知起来。由于其具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、出力大,刚性好,响应快,精度高等特点，因而在工业上获得了广泛的应用。 一、液压伺服控制系统的优点 现对液压伺服控制系统在设计和应用中体现的优缺点进行一下归纳和总结。同机电伺服系统、气动伺服系统相比较，液压伺服系统具有以下的突出特点，以致成为采用液压系统而不采用其他控制系统的主要原因： 1、重量比大 在同样功率的控制系统中，液压系统体积小，重量轻。这是因为对机电元件，例如电动机来说，由于受到激磁性材料饱和作用的限制，单位重量的设备所能输出的功率比较小。液压系统可以通过提高系统的压力来提高输出功率，这时只受到机械强度
和密封技术的限制。在典型的情况下，发电机和电动机的功率比仅为16.8W/N，而液压泵和液压马达的功率——重量比为 168W/N，是机电元件的10倍。在航空、航天技术领域应用的液压马达是675W/N。直线运动的动力装置更加悬殊。 这个特点，在许多场合下，在采用液压伺服而不采用其他伺服系统的重要原因，也是直线运动系统控制系统中多用液压系统的重要原因。例如在航空、特别是导电、飞行器的控制中液压伺服系统得到了很广泛的应用。几乎所有的中远程导弹的控制系统都是采用液压控制系统。 2、力矩惯量比大 一般回转式液压马达的力矩惯量比是同容量电动机的10倍至20倍，一般液压马达为61x10Nm/Kgm2。力矩惯量比大，意味着液压系统能够产生大的加速度，也意味着时间常数小，响应速度快，具有优良的动态性能。因为液压马达或者电动机消耗的功率一部分来克服负载，另一部分消耗在加速液压马达或者电动机本身的转子。所以一个执行元件是否能够产生所希望的加速度，能否给负载以足够的实际功率，主要受到它的力矩惯量比的限制。 这个特点也是许多场合下采用液压系统，而不是采用其他控制系统的重要原因。例如火箭炮武器的防真系统中，要求平台
《自动控制原理》习题解答.
《自动控制原理》习题解答西安建筑科技大学自动化教研室
第一章习题及答案 1-3图1-3 (a)，(b)所示均为调速系统。 (1) 分别画出图1-24(a)、图(b)所示系统的方框图。给出图1-24(a) 所示系统正确的反馈连线方式。 (2) 指出在恒值输入条件下，图1-24(a)，(b) 所示系统中哪个是有差系统，哪个是无差系统，说明其道理。 图1-3 调速系统工作原理图 解图1-3 (a)正确的反馈连接方式如图1-3 (a)中虚线所示。 (1) 系统方框图如图解1-10所示。 (2) 图1-3 (a) 所示的系统是有差系统，图1-3 (b) 所示的系统是无差系统。 图1-3 (a)中，当给定恒值电压信号，系统运行达到稳态时，电动机转速的恒定是以发电机提供恒定电压为条件，对应发电机激磁绕组中电流一定是恒定值。这意味着放大器前端电压是非零的常值。因此，常值偏差电压存在是系统稳定工作的前提，故系统有差。 图1-3 (b)中，给定恒定电压，电动机达到稳定转速时，对应发电机激磁绕组中的励磁电流恒定，这意味着执行电动机处于停转状态，放大器前端电压必然为0，故系统无差。 1-4图1-4 (a)，(b)所示的系统均为电压调节系统。假设空载时两系统发电机端电压均为
110V，试问带上负载后，图1-4(a)，(b)中哪个能保持110V不变，哪个电压会低于110V？为什么? 图1-4 电压调节系统工作原理图 解带上负载后，开始由于负载的影响，图1-4(a)与(b)系统的端电压都要下降，但图(a)中所示系统能恢复到110V，而图(b) 所示系统却不能。理由如下： 图(a)系统，当u低于给定电压时，其偏差电压经放大器K放大后，驱动电机D转动，经 I增大，发电机的输出电压会升高，从而使偏差电减速器带动电刷，使发电机F的激磁电流 j 压减小，直至偏差电压为零时，电机才停止转动。因此，图(a)系统能保持110V不变。 图(b)系统，当u低于给定电压时，其偏差电压经放大器K后，直接使发电机激磁电流增大，提高发电机的端电压，使发电机G 的端电压回升，偏差电压减小，但不可能等于零，因 i=0，发电机就不能工作。即图(b)所示系统的稳态电压会低于110V。为当偏差电压为0时， f 1-5图1-5是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理，并画出系统方框图。 图1-5 仓库大门自动开闭控制系统
自动控制原理实验1-6
实验一MATLAB 仿真基础 一、实验目的： （1）熟悉MATLAB 实验环境，掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。 （2）掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 （3）掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。 （4）学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。 二、实验设备和仪器 1．计算机；2. MATLAB 软件 三、实验原理 函数tf ( ) 来建立控制系统的传递函数模型，用函数printsys ( ) 来输出控制系统的函数，用函数命令zpk ( ) 来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：sys = zpk ( z, p, k )零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feedback ( ) 函数求得。 则feedback （）函数调用格式为： sys = feedback （sys1, sys2, sign ） 其中sign 是反馈极性，sign 缺省时，默认为负反馈，sign ＝-1；正反馈时，sign ＝1；单位反馈时，sys2＝1，且不能省略。 四、实验内容： 1.已知系统传递函数，建立传递函数模型 2.已知系统传递函数，建立零极点增益模型 3．将多项式模型转化为零极点模型 1 2s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(332 2++++++= s s s s s s s s G 12s 2s s 3s (s)23++++= G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G
自动控制原理课后习题答案
. 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答： 自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 < 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答： 自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度
自动控制原理 第1章习题解答
第1章 控制系统的数学模型习题及解答 1-1 什么是自动控制？它对于人类活动有什么意义？ 答 自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象中某一物理量或数个物理量准确地按照预定的要求规律变化。 1-2 自动控制系统由哪几大部分组成？各部分都有哪些功能？ 答 自动控制系统一般由被控对象、执行器、控制器和反馈环节等部分组成。 1-3 试叙述人在伸手时的运动与控制过程？ 答 人在伸手时由大脑发出控制命令。 1-4什么是开环控制系统？什么是闭环控制系统？试比较开环控制系统和闭环控制系统的区别及其优缺点。 答 开环控制系统是指无被控量反馈的控制系统。闭环 控制系统是指有被控量反馈的控制系统。开环控制系统的优 点是结构简单，缺点是控制精度难于保证。闭环控制系统的 突出优点，利用偏差来纠正偏差，使系统达到较高的控制精 度。但与开环控制系统比较，闭环系统的结构比较复杂，构 造比较困难。 1-5 试列举几个日常生中的开环控制及闭环控制系统，并说明其工作原理。 答 开环控制有：电磁灶，微波炉，打印机等。闭环控制有：电冰箱，抽水马桶，电饭堡等。 1-6 家用电器中，洗衣机是开环控制还是闭环控制？一般的电冰箱是何种控制？ 答 洗衣机是开环控制。一般的电冰箱是闭环控制。 1-7 题1-7图表示一个水位自动控制系统，试说明其作用原理。 答 当打开阀门水位下降时浮子也随同下降，浮子下降带动三角形下降，进水口随之开大，使进水加大，水位开始上升，以保证水位稳定不变。 1-8 题1-8图是恒温箱的温度自动控制系统.要求: (1) 画出系统的原理方框图； (2) 当恒温箱的温度发生变化时,试述系统的调节过程； (3) 指出系统属于哪一类型 ? 题1-7图 题1-8图
自动控制原理Matlab实验3(系统根轨迹分析)
《自动控制原理》课程实验报告 实验名称系统根轨迹分析 专业班级 *********** ********* 学 号 姓名** 指导教师李离 学院名称电气信息学院 2012 年 12 月 15 日
一、实验目的 1、掌握利用MATLAB 精确绘制闭环系统根轨迹的方法； 2、了解系统参数或零极点位置变化对系统根轨迹的影响； 二、实验设备 1、硬件：个人计算机 2、软件：MATLAB 仿真软件（版本6.5或以上） 三、实验内容和步骤 1．根轨迹的绘制 利用Matlab 绘制跟轨迹的步骤如下： 1） 将系统特征方程改成为如下形式：1 + KG ( s ) = 1 + K ) () (s q s p =0， 其中，K 为我们所关心的参数。 2） 调用函数 r locus 生成根轨迹。 关于函数 rlocus 的说明见图 3.1。 不使用左边的选项也能画出根轨迹，使用左边的选项时，能 返回分别以矩阵和向量形式表征的特征根的值及与之对应的增益值。 图3.1 函数rlocus 的调用 例如，图 3.2 所示系统特征根的根轨迹及其绘制程序见图 3.3。
图3.2 闭环系统一 图3.3 闭环系统一的根轨迹及其绘制程序
图 3.4 函数 rlocfind 的使用方法 注意：在这里，构成系统 s ys 时，K 不包括在其中，且要使分子和分母中 s 最高次幂项的系数为1。 当系统开环传达函数为零、极点形式时，可调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys = zpk([zero],[pole],1); 当系统开环传达函数无零点时，[zero]写成空集[]。 对于图 3.2 所示系统， G(s)H(s)= )2()1(++s s s K *11+s =) 3)(2() 1(+++s s s s K . 可如下式调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys=zpk([-1],[0 -2 -3],1) 若想得到根轨迹上某个特征根及其对应的 K 的值，一种方法是在调用了函数 rlocus 并得到了根 轨迹后调用函数 rlocfind 。然后，将鼠标移至根轨迹图上会出现一个可移动的大十字。将该十字的 中心移至根轨迹上某点，再点击鼠标左键，就可在命令窗口看到该点对应的根值和 K 值了。另外一种 较为方便的做法是在调用了函数 rlocus 并得到了根轨迹后直接将鼠标移至根轨迹图中根轨迹上某
液压伺服控制
1液压传动系统与液压控制系统的异同： 同：液压控制技术是在液压传动技术的基础上发展起来的（介质相同、元件大部分相同、遵循的物理规律相同、融合了控制理论） 异：①目的不同（传递动力；对运动量进行精确的控制） ②组成不同（5个组成部分、开环；7个组成部分、闭环） ③设计理念不同（以静态参数设计为主；静动态结合，动为主） ④特点不同（有的缺点被放大（对污染的敏感度），有点缺点被消除（传动比）） 2液压控制系统的工作原理 3液压控制系统的组成及作用： ①输入元件：（指令元件）给出输入信号(指令信号)加于系统的输入端。②反馈测量元件：测量系统的输出并转换为反馈信号。 ③比较元件：将反馈信号与输入信号进行比较，给出偏差信号。④放大转换元件（中枢元件）：将偏差信号故大、转换成液压信号(流量或压力)。⑤执行元件：产生调节动作加于控制对象上，实现调节任务。⑥控制对象：被控制的机器设备或物体，即负载。 ⑦液压能源装置：定压源 4液压控制系统的特点 具有负反馈的闭环控制系统 优：(1)液压元件的功率—重量比和力矩-惯量比大 可以组成结构紧凑、体积小、重量轻、加速性好的控制系统。(2)液压动力元件快速性好，系统响应快。(3)液压控制系统抗负载的刚度大，即输出位移受负载变化的影响小，定位准确，控制精度高。 缺：(1) 液压元件，特别是精密的液压控制元件(如电液伺服阀)抗污染能力差，对工作油液的清洁度要求高。(2) 油温变化时对系统的性能有很大的影响。(3) 当液压元件的密封设计、制造相使用维护不当时．容易引起外漏，造成环境污染。(4) 液压元件制造精度要求高，成本高。(5) 液压能源的获得和远距离传输都不如电气系统方便。 22 控制系统的分类： ⑴按系统输入信号的变化规律：定值，程序，伺服（随动），比例； ⑵按被控物理量的名称：位置，速度，力； ⑶按液压动力元件的控制方式或液压控制元件的形式：节流式（阀控），容积式（变量泵控或变量马达控），阀控系统根据液压能源型式的不同可分为恒压控制系统和恒流控制系统； ⑷按信号传递的介质的形式：机械，电液，气动。 5液压放大元件的功能（液压放大元件考了定义） 也称液压放大器，是一种以机械运动控制流体动力的元件。将输入的机械信号（位移或转角）转换为液压信号（流量，压力）输出，并进行功率放大 6液压放大元件分为：滑阀，喷嘴挡板阀和射流管阀等 7滑阀 ⑴结构分类及其特点 通道数（4、3、2）工作边数（4、2、1）凸肩数（2、3、4）预开口型式（+、0、-） ⑵滑阀的P-Q 特性方程 ⑶滑阀的静态特性曲线 流量特性曲线 压力特性曲线 压力-流量特性曲线 ⑷滑阀的三个阀系数 ①流量增益：定义为 ，是流量特性曲线在某一点的切线斜率，表示负载压降一定时，阀单位输入位移所引起的负载流量变化的大小，其值越大，阀对负载流量的控制就越灵敏。直接影响系统的开环增益，对系统的稳定性，响应特性，稳态误差有直接影响。 ②流量-压力系数：定义为 ，是压力-流量曲线的切线斜率冠以负号，流量-压力系数表示阀开度一定时，负载压降所引起的负载流量变化。K 值小，阀抵抗负载变化的能力大，即阀的刚度大。直接影响阀空执行元件的阻尼比和速度刚度。 ③压力增益：定义为 ，是压力特性曲线的切线斜率，通常压力增益是指q =0时阀单位输入位移所引起的负载压力变化的大小。此值大，阀对负载压力的控制灵敏度高。表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力。 8三种液压放大元件的性能特点及适用场合比较 圆柱滑阀 双喷嘴挡板阀 射流管阀 ①工作原理：前两者流量特性，后者能量转换和守恒定理； ②输入量：阀芯位移，挡板位移，射流管摆角； ③输出量：负载流量和压力，皆为负载压力 ④运动惯量：滑阀>射流管阀>双； ⑤响应速度：双>射流管阀>滑阀； ⑥功放系数：滑阀>射流管阀>双； ⑦抗污染能力：射流管阀>双>滑阀； ⑧适用场合： 9液压动力元件的基本概念及其分类 液压动力元件(或称液压动力机构)是由液压放大元件(液压比控制元件)、液压执行元件以及负载组成。四种基本型式的液压动力元件：阀控液压缸、阀控液压马达、泵控液压缸、泵控液压马达。 10阀控液压缸 ⑴模型组成：比例环节，积分换节，二阶振荡环节 ⑵阀控缸动力机构主要性能参数为阀控液压缸的增益Kq/Ap 、液压固有频率 、液压阻尼比 ①动力机构的增益速度放大系数Kq/Ap ：直接影响系统的稳定性、响应速度和精度。提高增益可以提高系统的响应速度和精度，但使系统的稳定性变坏。 ②液压固有频率 表示液压动力元件的响应速度。 ③液压阻尼比表示系统的相对稳定性。 ⑶提高“阀控缸”动力机构的液压固有频率 ①提高油液的体积弹性模量 ；（可通过提高供油压力来实现）②增大液压缸活塞面积③减小总压缩容积 ，主要是减小液压缸的无效容积和连接管道的容积 ④减小折算到活塞上的总质量 ⑷提高阻尼比（因素：总流量-压力系数K ，负载的粘性阻尼洗漱B ）①设置旁通泄漏通道②采用正开口阀，正开口阀的K 值大，可以增加阻尼③增加负载的粘性阻尼 11阀控马达动力机构数学模型（化解为最简单） 12泵控马达动力机构数学模型（化解为最简单） 13三种动力机构的性能特点比较 控制元件相同，执行元件不同（阀控缸与阀控马达）时的比较：两者的动态特性完全相同（只需做变量替换，数学模型即完全一致） 控制元件不同，执行元件相同（阀控马达与泵控马达）时的比较：两者的动态特性类似（数学模型结构一致，但参数特征不同） 阀控响应速度高于泵控（80%-90%），但能量损失大（至少三分之一），效率低；泵控工作效率高，最大效益可达90%，适应于大功率，对响应速度要求不高的系统。 14电液伺服阀的组成及个部分功能 ⑴力矩马达（或力马达）即电机转换元件—把输入的电气控制信号转换为力矩或力控制液压放大器运动； ⑵液压放大器（先导级和功率级）即机液转换元件—控制液压能源流向液压执行机构的流量或压力； ⑶反馈机构（平衡机构）--将输出级（功率级）的阀芯位移，或输出流量，或输出压力以位移，力或电信号的形式反馈到第一级或第二级的输入端，也有反馈到力矩马达衔铁组件力矩马达输入端的。 15采用反馈机构是为了使伺服阀的输出流量或输出压力获得与输入电气控制信号成比例的特性。由于反馈机构的存在，使伺服阀本身成为一个闭环控制系统，提高了伺服阀的控制性能。 16按反馈形式可分为： 滑阀位置反馈 负载流量反馈 负载压力反馈 17典型电液伺服阀的结构及工作原理 ⑴力矩马达 ⑵力反馈两级电液伺服阀（闭环）考了工作原理 （不能直接控制负载信号，因为反馈信号不是力，是滑阀的位移） 第一级液压放大器为双喷嘴挡板阀，由永磁动铁式力矩马达控制，第二级液压放大器为四通滑阀，阀芯位移通过反馈杆与衔铁挡板组件相连，构成滑阀位移力反馈回路。 ⑶直接反馈两级电液伺服阀（闭环）前置级是带两个固定节流孔的四通阀（双边滑阀），功率级是零开口四边滑阀，功率级阀芯也是前置级的阀套，构成直接位置反馈 ⑷弹簧对中型两极（开环）第一级是双喷嘴，第二级是滑阀，阀芯两端各有一根对中弹簧，当有控制电流输入时，对中弹簧力与喷嘴挡板阀输出的也压力相平衡，使阀芯取得一个相应的位移，输出相应流量 18电液伺服阀的性能参数（电液伺服阀考了定义）