增量式数字液压控制技术
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3.5 小结

通过本章研究,主要得到以下结论:

1)数字液压作动系统本质上为内置闭环的开环比例控制系统,控制增益实为活塞位移反馈系数kf,由阀芯螺母导程、滚珠丝杠导程及丝杠轴端减速机传动比决定;跟踪误差体现为阀芯位移xv,系统必须以牺牲跟踪精度为代价来提高运动速度。

2)数字液压作动系统特性主要由阀控缸部分的内反馈回路决定,为一阶无静差系统。不考虑扰动产生的影响,系统的稳态位置误差为零,稳态速度误差与期望速度vd成正比,与开环增益Kv成反比。通过构建外反馈回路并合理设计补偿控制器,能够消除数字液压作动系统的稳态速度误差以及由静态负载、泄漏等引起的扰动误差,有效提高系统的跟踪精度。

3)由于充分考虑了滑阀结构及两腔初始容积不同产生的影响,推导得到的液压固有频率计算公式能更准确地反映阀控非对称缸的实际情况;液压阻尼比受流量-压力系数Kc影响,与滑阀开度成正比;负载阻力增加了液压阻尼比,正向负载力较小时,反向运动阻尼比略大于正向运动。数字液压作动系统两运动方向上的速度差异本质上为流量增益Kq的差异,主要由负载和液压缸的非对称结构决定,与阀的匹配与否无关,空载时,正向运动响应速度大于反向运动。流量增益Kq和反馈增益kf的设计决定了系统的闭环极点分布,从而影响系统的稳定性及动态响应过程。

4)数字滑阀无径向泄漏时传动间隙与死区作用相当,同时增加了系统正、反两个运动方向上的跟踪误差;滑阀径向泄漏减小了流量死区的范围,保留适当的滑阀径向间隙有助于提高数字液压作动系统的整体跟踪精度,但反向运动时,滑阀径向泄漏将在系统中引入传动间隙的切边误差,使得相对静差(终止静差-初始静差)增大;消除或减小螺纹传动间隙能有效减小数字液压作动系统的跟踪误差。

5)运动换向时,在非对称缸不平衡液压冲击力与摩擦力Stribeck效应耦合作用下,数字液压作动系统容易产生速度抖动。受系统供油压力、数字滑阀死区及径向泄漏、Stribeck速度和反馈机构刚度等因素的综合影响,速度抖动程度复杂多变。其中,系统压力越大,不平衡液压冲击力也越大,越容易引起换向速度抖动;数字滑阀死区及径向泄漏等因素影响系统换向过程所需的时间及换向前后的速度,换向时间越短,换向前后速度与摩擦Stribeck速度越接近,系统越容易发生换向速度抖动;增大反馈机构刚度将增大换向造成的不平衡液压冲击力及速度抖动的幅值,同时也增大了速度抖动衰减的速度,故反馈机构刚度在不平衡冲击力与摩擦力Stribeck效应耦合程度不同时对速度抖动程度的影响不同。