脉冲信号法识别伺服阀的动态数学模型

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比例-伺服阀工作原理

比例-伺服阀工作原理

典型电---气比例阀、伺服阀的工作原理电---气比例阀和伺服阀按其功能可分为压力式和流量式两种。

压力式比例/伺服阀将输给的电信号线性地转换为气体压力;流量式比例/伺服阀将输给的电信号转换为气体流量。

由于气体的可压缩性,使气缸或气马达等执行元件的运动速度不仅取决于气体流量。

还取决于执行元件的负载大小。

因此精确地控制气体流量往往是不必要的。

单纯的压力式或流量式比例/伺服阀应用不多,往往是压力和流量结合在一起应用更为广泛。

电---气比例阀和伺服阀主要由电---机械转换器和气动放大器组成。

但随着近年来廉价的电子集成电路和各种检测器件的大量出现,在1电---气比例/伺服阀中越来越多地采用了电反馈方法,这也大大提高了比例/伺服阀的性能。

电---气比例/伺服阀可采用的反馈控制方式,阀内就增加了位移或压力检测器件,有的还集成有控制放大器。

一、滑阀式电---气方向比例阀流量式四通或五通比例控制阀可以控制气动执行元件在两个方向上的运动速度,这类阀也称方向比例阀。

图示即为这类阀的结构原理图。

它由直流比例电磁铁1、阀芯2、阀套3、阀体4、位移传感器5和控制放大器6等赞成。

位移传感器采用电感式原理,它的作用是将比例电磁铁的衔铁位移线性地转换为电压信号输出。

控制放大器的主要作用是:1)将位移传感器的输出信号进行放大;2)比较指令信号Ue和位移反馈信号U f U;3)放大,转换为电流信号I输出。

此外,为了改善比例阀的性能,控制放大器还含有对反馈信号Uf的处理环节。

比如状态反馈控制和PID调节等。

带位置反馈的滑阀式方向比例阀,其工作原理是:在初始状态,控制放大器的指令信号UF=0,阀芯处于零位,此时气源口P与A、B两端输出口同时被切断,A、B两口与排气口也切断,无流量输出;同时位移传Uf=0。

若阀芯受到某种干扰而偏离调定的零位时,位移传感器将输出一定的电压Uf,控制放放大后输出给电流比例电磁铁,电磁铁产生的推力迫使阀芯回到零位。

液压伺服系统的动态特性建模与控制

液压伺服系统的动态特性建模与控制

液压伺服系统的动态特性建模与控制液压伺服系统是一种常用于工业自动化领域的控制系统,其主要用途是将输入信号转化为相应的输出力或位移。

在工业生产过程中,液压伺服系统在机械手臂、船舶、航空航天等领域中广泛应用。

液压伺服系统的动态特性建模与控制是提高系统性能和稳定性的关键一步。

1. 动态特性建模液压伺服系统的动态特性建模是指将系统的输入-输出关系通过数学模型来描述的过程。

液压伺服系统主要由液压阀、液压缸、传感器和控制器等组成。

常用的建模方法有传递函数法、状态空间法和经验模型法。

传递函数法是一种常用且简单的建模方法。

它基于拉普拉斯变换,将输入-输出关系用复频域的传递函数表示。

通过实验测量系统的输入和输出,可以根据频域分析的原理,得到系统的传递函数,从而建立动态模型。

状态空间法是一种更加直观的建模方法。

它将系统的内部状态和输入输出联系起来,用一组微分方程来描述系统的动态行为。

通过确定系统的状态变量和状态方程,可以建立状态空间模型。

经验模型法是利用实验数据来拟合系统的动态模型。

通过对系统的频率响应曲线进行采样和拟合,可以得到一种近似的模型,用以描述系统的动态特性。

2. 动态特性控制液压伺服系统的动态特性控制旨在通过调整系统的参数或设计合适的控制策略,使系统具有良好的动态特性,满足实际应用的要求。

在控制系统中,PID控制器是最常用的控制器之一。

PID控制器通过调整比例、积分和微分三个参数,使系统的输出跟踪期望输入。

传统的PID控制器可以有效地处理一般的线性稳态误差问题,但对于液压伺服系统这种非线性系统,传统PID控制器的性能往往不够理想。

因此,很多研究人员提出了各种改进的PID控制算法,如模糊PID控制、自适应PID控制等。

除了PID控制器,模型预测控制(MPC)也是一种常用的控制方法。

MPC是一种基于系统模型的控制方法,在每个采样周期内通过对未来一段时间内系统响应的预测,优化控制器的输入信号,以实现控制目标。

伺服阀控系统动态性能分析

伺服阀控系统动态性能分析

伺服阀控系统动态性能分析伺服阀是一种常用于机电系统中的控制元件,被广泛应用于机械、汽车、航空、航天等领域。

伺服阀控系统的动态性能分析是评估伺服阀控制系统响应速度、稳定性和精度等方面的重要工作。

本文将介绍伺服阀控系统动态性能分析的基本原理和方法。

首先,动态性能分析需要建立伺服阀控制系统的数学模型。

伺服阀控制系统通常包括伺服阀本身、传感器、执行机构等组成部分。

通过建立这些组成部分之间的动力学方程,可以得到完整的伺服阀控制系统数学模型。

其次,动态性能分析需要确定系统的输入输出关系。

伺服阀控制系统的输入通常是控制信号,输出通常是输出位置或速度等物理量。

通过分析输入输出关系,可以揭示控制信号对系统输出的影响。

然后,动态性能分析需要通过实验或仿真等方法来获取系统的动态响应。

常用的实验方法包括开环实验和闭环实验。

开环实验是指直接输入控制信号,通过观察输出响应来评估系统的动态性能。

闭环实验是指在给定一个期望输出的情况下,通过调节控制信号来使系统输出接近期望输出,从而评估系统的动态性能。

仿真方法则是通过在计算机上建立数学模型,模拟系统的动态响应。

最后,动态性能分析需要对实验或仿真结果进行分析和评估。

常用的分析方法包括频率响应法和时域分析法。

频率响应法是指通过对系统输入输出信号的频率特性进行分析,得到系统的频率响应曲线,从而评估系统的频率特性。

时域分析法则是指通过对系统输入输出信号的时域波形进行分析,得到系统的响应时间、稳态误差等指标,从而评估系统的时域特性。

除了以上的基本原理和方法,还有一些其他的注意事项需要考虑。

首先,需要控制好实验或仿真的条件,如环境温度、控制信号的幅值等。

其次,需要对比分析不同参数或结构对系统动态性能的影响。

最后,需要根据实际应用需求,对系统的动态性能进行优化设计。

综上所述,伺服阀控系统动态性能分析是评估伺服阀控制系统响应速度、稳定性和精度等方面的重要工作。

通过建立数学模型,确定输入输出关系,进行实验或仿真,以及分析和评估结果,可以帮助优化伺服阀控制系统的性能。

伺服阀传递函数

伺服阀传递函数

伺服阀传递函数1伺服阀的介绍伺服阀是一种用于流体控制的设备,可以通过根据输入信号控制输出属性来实现精确的流量或压力控制。

伺服阀通常带有内置或外置的传感器,可以检测输出信号并自动调整其工作状态以达到所需的控制效果。

由于其高精度、高可靠性和良好的自适应性能,伺服阀在工业自动化、航空航天、卫星导航、汽车制造等领域都得到了广泛应用。

2伺服阀的传递函数在控制系统中,传递函数可以用来描述输入信号和输出信号之间的关系。

在伺服阀中,传递函数也有着重要的作用。

伺服阀的传递函数可以描述输入信号(比如电流信号)和输出信号(比如阀芯的开度或流量)之间的关系。

对于伺服阀的控制和优化,传递函数也是必不可少的工具。

伺服阀的传递函数通常可以表示为以下形式:G(s)=K/(1+Ts)其中G(s)是伺服阀的传递函数,s是复频域变量,K和T分别是控制器的增益和时间常数。

这里的时间常数T通常指的是阀芯的动态响应时间,即从输入信号变化到阀芯完全打开或关闭所需的时间。

在传递函数的分母中,1+Ts表示伺服阀的惯性滞后因素,它可以反映伺服阀的惯性和滞后特性。

3伺服阀的开环传递函数和闭环传递函数伺服阀的传递函数可以分为开环传递函数和闭环传递函数。

开环传递函数是指在没有反馈的情况下,输入信号与输出信号之间的传递函数。

开环传递函数通常比较简单,但是由于没有反馈调节,容易受到干扰和变化的影响,对伺服阀的控制精度和稳定性有一定的限制。

闭环传递函数是指在有反馈调节的情况下,输入信号与输出信号之间的传递函数。

闭环传递函数通常比开环传递函数更加复杂,但是可以通过反馈调节来提高控制精度和稳定性,对伺服阀的控制效果更好。

4伺服阀传递函数的应用伺服阀的传递函数可以用来设计、分析和优化伺服系统。

在伺服系统的设计过程中,传递函数可以作为控制器的设计依据,可以根据系统的要求和传递函数的特性,选择合适的控制器类型和参数。

在系统的分析和优化过程中,传递函数可以用来评估系统的性能和稳定性,可以通过对传递函数的分析来优化系统的结构和参数。

伺服阀原理分析及计算

伺服阀原理分析及计算

伺服阀原理分析及计算电液伺服阀是一种比电液比例阀的精度更高、响应更快的液压控制阀,其输出流量或压力受输入的电气信号控制,主要用于高速闭环液压控制系统,而比例阀多用于响应速度相对较低的开环控制系统中,伺服阀价格高且对过滤精度要求也高,比例阀广泛用于要求对液压参数进行连续控制或程序控制但对控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。

另外,1.伺服阀中位没有死区,比例阀有中位死区;2.伺服阀的频响(响应频率)更高,可以高达200Hz左右,比例阀一般最高几十Hz;3.伺服阀对液压油液的要求更高,需要精过滤才行,否则容易堵塞,比例阀要求低一些。

比例伺服阀性能介于伺服阀和比例阀之间。

比例换向阀属于比例阀的一种,用来控制流量和流向。

伺服阀跟比例阀的本质区别就是他有两横1、伺服阀和比例阀上下都有两横;2、比例阀两边都有比例电磁铁,而且有比例电磁铁的符号上都箭头。

但是伺服阀确是只有一边有力马达,要强调的是只有一边有。

比例阀多为电气反馈,当有信号输入时,主阀芯带动与之相连的位移传感器运动,当反馈的位移信号与给定信号相等时,主阀芯停止运动,比例阀达到一个新的平衡位置伺服阀,阀保持一定的输出;伺服阀有机械反馈和电气反馈两种,一般电气反馈的伺服阀的频响高,机械反馈的伺服阀频响稍低,动作过程与比例阀基本相同。

区别:一般比例阀的输入功率较大,基本在几百毫安到1安培以上,而伺服阀的输入功率较小,基本在几十毫安;比例阀的控制精度稍低,滞环较伺服阀大,伺服阀的控制精度高,但对油液的要求也高一个粗液压缸一个细液压缸长短样怎么同步升起最简单的就是在细油缸的进油口加一个节流阀,控制一下进入油缸的流量使细油缸慢下来。

但节流阀的节流效果受负载和液压油粘度的影响比较大,如果负载变化大,你得经常调整。

不用节流阀,用调速阀也可以,不受负载影响,但有发热的趋势。

也可以用分流阀,但分流阀的分流比是确定的,通常是1:1或1:2。

粗细油缸的面积比不一定合适。

液压伺服系统的动态建模与控制优化

液压伺服系统的动态建模与控制优化

液压伺服系统的动态建模与控制优化液压伺服系统广泛应用于工业领域,因为它具有高控制精度、承载能力强、调节性好、功能齐全、可靠性高等优点。

与传统的机电传动系统相比,液压伺服系统的能量转换效率更高,能够满足高速、高精度、重载等高要求的工作环境。

为了在液压伺服系统中实现精确控制和优化效果,需要对系统建立动态数学模型,并设计合理的控制策略。

一、液压伺服系统的动态建模液压伺服系统由液压动力源、液压执行器、控制器、传感器等组成。

液压伺服系统的动态建模是指根据系统组成部分之间的关系,构建系统的动态数学模型。

液压伺服系统的建模方法有两种:分离法和母线法。

1. 分离法分离法是利用模块化思想,将系统分成不同的模块,对系统中的每个模块分别进行建模,然后将各个模块的动态方程组合成整体系统的动态方程。

该方法适用于系统中各个模块之间比较独立的情况,如压力控制回路、位置控制回路等。

以位置控制回路为例,液压伺服系统的动态特性可以用位置控制回路模型来描述。

该模型描述了伺服电机、伺服阀和缸体之间的关系,它包括了电机动态方程、阀的流量-压力特性和缸体力学方程。

对于位置控制回路,使用MATLAB/Simulink建立模型,进行仿真分析,可以得到系统的响应特性,检验系统设计是否符合要求。

2. 母线法母线法是一种层次化的建模方法,将液压伺服系统分成多个层次,用不同的方程描述每个层次的特性,然后将这些层次的动态方程沿着母线相连,组成整体系统的动态方程。

该方法适用于系统中各个模块之间存在复杂耦合的情况,如混合动力汽车液压驱动系统等。

以混合动力汽车液压驱动系统为例,液压系统的动态特性可以用母线法来描述。

该模型描述了电机、发电机、液压泵、液压马达以及动力分配系统之间的关系,它包括了电机、发电机动态方程、泵和马达的流量-压力特性和分配系统的控制策略。

二、液压伺服系统的控制优化液压伺服系统的控制优化是指对液压伺服系统进行控制算法设计,实现系统性能的优化。

伺服阀频率响应计算方式

伺服阀频率响应计算方式

伺服阀频率响应计算方式
伺服阀是一种用于调节流体流量和压力的元件,通常应用于工业自动化控制系统中。

在实际应用中,伺服阀的频率响应是一个重要的参数,它表示了伺服阀能够对输入信号的变化做出快速、准确的响应能力。

本文将介绍伺服阀频率响应的计算方式。

1.频率响应的定义
在控制系统中,频率响应是指系统对不同频率的输入信号所表现出的输出特性。

频率响应通常通过系统的传递函数来描述,传递函数是输入输出关系的数学表示。

2.伺服阀的传递函数
伺服阀的传递函数描述了输入压力和输出流量之间的关系。

传递函数可以通过实验测量或者理论计算得到。

一般来说,伺服阀传递函数可以使用二阶系统来近似表示。

3.二阶系统的传递函数
二阶系统的传递函数一般形式为:H(s) = K / (s^2 + 2ξω_ns + ω_n^2),其中K表示增益,ξ表示阻尼比,ω_n表示自然频率。

这里s 是一个复变量,表示复频域中的频率。

4.伺服阀的频率响应计算
伺服阀的频率响应可以通过传递函数来计算。

一般来说,有两种常用的方法:频域法和时域法。

(1)频域法
频域法通过在传递函数中将s替换为复频域上的频率值来计算频率响应。

可以使用频域分析工具,如波特图或者Nyquist图,来绘制伺服阀的频率响应曲线。

(2)时域法
时域法通过将传递函数表示成微分方程形式,然后使用微分方程的求解方法来计算频率响应。

这可以通过Laplace变换和逆Laplace变换来实现。

时域法更加适用于复杂的控制系统。

5.伺服阀频率响应的参数
6.频率响应的影响因素
总结:。

石油钻井实习技术员的基本功第五节

石油钻井实习技术员的基本功第五节

石油钻井实习技术员的基本功第五节一.井口操作我们经常碰见的井大都是定向井,就算有直井,也会打偏而定向纠偏。

那么在打一口定向井,或者水平井时,对直井段的要特别注意,必须要加以控制。

参看资料1中对3000米内,地层倾角大于30度的井有水平位移的要求,一般可以通过单点测斜来获得当前井斜,方位的数据。

在起钻前把多点从钻柱内投到靠进钻头处,然后在起钻过程中利用每起一个立柱静止卸口的时间进行测量和记录。

也就是说每上提一柱,司钻在本子上记录当前时间。

起钻完后将一起把记录本和仪器送到定向服务中心做数据分析来了解当前井的轨迹,如果需要提前下入定向仪器纠偏,会打电话联络什么时候上定向的仪器和人员。

井下定向法是先用正常下钻法将造斜工具下到井底,然后从钻柱内下入仪器测量工具面在井下的实际方位;如果实际方位与预定方位不符,亦可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。

在定向组合钻具入井时,我们经常看见定向工程师在井口量角差。

这个角差是有螺杆上的高边方向线和定向接头上的定向键组成。

上图中的红圈里的线就是螺杆的高边线,它是弯螺在井下定向时所钻进的方向。

上图为定向仪器乘载的定向接头的结构图。

上图的上面的钻具为螺杆,下图将定向接头的定向键和高边方向线平移到同一个平面来计算角差。

从高边顺时针旋转到顶直接头键的位置,用直尺量是多少,在量出一圈的周长,则可以算出角差是多少度,在司钻显示器和轨迹控制软件上所显示的出的工具面是已经把角差带入后计算好的。

上图是司钻读出器,读出当前的井段数据。

图中象雷达一样的就是工具面,详细作用可以参考资料2,书中有详细的叙述。

那么这个雷达一样的工具面有什么作用呢?把它用360度来划分,那么当红线指零度时是增斜,指180度时是降斜,90度时是增方位,270度是降方位。

在特殊井轨道设计这个软件中,这四个度指起着非常重要的作用,我们在下面一节的内容里会介绍它是如何重要的。

某时刻,我们测的工具面如上图所示的位置,我们这时候需要全力增井斜,应该怎么办?所给的钻进参数是120KN,根据经验10KN=10度,当我们加了120KN钻压时,红线是否能摆到0度的位置上呢?不一定,我们要考虑反扭角。

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氏变换 的。我们 的做法是先对试验 曲线进行 离散富里 埃变换 ,
0 6 a气爪 的工作压力为 0 3~ .MP , .MP, . 0 4 a使整个系统运行可靠。 气 动控制系统与传感器由 P C电气系统控制 , 以手动动 L 可 作进行 调试 , 可以全 自动运行 。 也

能的指标有不少 。其 中, 动态性 能指标 ( 频率特性的波形 、 稳定 的拉氏变换 式可 简化 为 Y s =G s , 脉冲响应 函数的拉 氏 () ( ) 即: 余 量及频宽) 是最重要 的性 能指标 。以往对伺服 阀性能 的确定 , 变换 Y s就是传递函数 G s , () ( )可见其原理非0 6年 5月
文 章 编 号 :0 1 9 7 2 0 )5—0 5 0 10 —3 9 (0 6 0 0 1— 3
机械 设计 与 制造
Ma hi e y De in c n r sg & Ma u a t r n f cu e 一51一
1 言 引

的可信度始终是设计者 的担心 , 而有些 “ 软参量” 如阻尼系数 B
种机 械产 品按什么动静态参数设计并使之最优 ;一个 控 是无法 从理论计 算 中准确 得到 的。笔者尝 试 了用脉 冲信号法 ( 即脉 冲试验加数据 处理) 求取伺服阀的频率特性 , 进而 建立其 制 系统 的综合性 能好 坏甚至能否实现有效控制 ,很大程度上取 动态数学模 型的做法 ,取得了满意的结果 。这一方法亦可推广 决 于设 计者对该产品 ( 或系统 )所建立的数学模 型能否真实地 应用于确立 其他元件或系统的动态数学模型。 反 映其 物理本质。由于辨识方法能在不很清楚物 理机理 的情 况 , 晤 千 ) 田 : 下 建立 元 件 或 系 统 的 数 学 模 型 ,所 以近 年 来 在 机 械 制 造 、控 制 ‘ Z,一、 :C . 工程 、化工生产等领域得到 了广泛的应用。而脉冲信 号法 不失 为一种简便有效的辨识方法。 有极重 要的影响。伺服 阀集机 、 、 、 于一身 , 电 磁 液 因而反映其性 由控制 理论知 ,当一系统输入单位 脉冲信号 x t =占 t () ()
时, 输出 y t =g t t ( () ( ) () ) g t为传递 函数 G s 的拉 氏反变 ( ()
G s X( ) ( ) s。而 占 t的拉氏变换恰好为 X( ) 。由此 ' t () s =1 ,) (
伺 服阀是电液伺服系统的核心元件 ,它的性能对整个系统 换 ) 即为系统脉冲响应 函数 。对输出 y t取拉氏变换 , Y s () 得 ()
i b a n d s o t ie . Ke y wor :Pule;Se v v l e ds s r o a v ;M a he t matc lm o l de i c to i a de ;I ntf a n i

中图分 类 号 : H17 文献标 识 码 : T 3 A
脉 冲信 号法识 别伺服 阀的动态数 学模 型
花 克勤 ( 海应 用 技术 学院 , 海 20 3 ) 上 上 0 25
Ie t ia i n o y a c ma h ma ia d l s ro av y me h d o us d n ic t fd n mi f o te t l c mo e n e v v le b t o fp le I HU e i(h n h i ntueo eh o g,S a g a 2 0 3 , hn ) A K —qn S ag a Is tt f c n l y h h i 0 2 5 C ia i T o n
大 多由理论分析得出。 由于理论分析中 ,人为地作了一系列近 试验求出的脉冲响应并不是一个传递函数表达式 ,而是 一组输
似假定 ( 如忽略非线性 , 线性化 和降 阶处理等 ) 故其 动态性能 出 曲线或由此采样 出的离散脉 冲序列。显然 ,这是不能直接拉 ,
★来 稿 1期 :0 5—0 2 3 20 6— 1
【 摘要】对脉冲信号法识别元件或 系统的数学模型的理论和实践进行 了 探讨 ,以 Q Y电液伺服 D
阀为研 究对 象设 计 了试验 台和试验 方 法 、 制 了计 算机 拟合程 序 并取得 了成 功 。同时 。 该 法与传 统 编 将
的正 弦信 号 法进 行 了性能 比较 , 而指 出了脉 冲信 号法 的应 用前 景 。 进 关键 词 : 冲 ; 服 阀 ; 学模 型 ; 识 脉 伺 数 辨 I b ta t nrd c gapat eta t t teQ et —h da l r v l e r o u e s c】It u i rc c te s h DYe c o y rui s v av b m al fp l A r o n i h s l r c eo ey ¥ s i u in l dt m nn ed n mi m t m t a o e acri o s e ie ic t n n ts a, e r ii t y a c ah ai l dl o n t t t r o  ̄t dnf ai . p g e gh e c m d g o h h yf c e e m ti o Moevr te e om ne o iet c t nae o p rdwt a o s uod S n e e s rhr ut r e h r r a cs dni ai r cm ae i t t i si ’ dabt r e ac sl o , pf f i f o hh n f a t re e
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