液压系统的固有频率设计对系统的稳定性和动态性能非常重要,液压阀是闭环位置控制系统的核心元件,液压阀的选型对系统的性价比尤为关键。
位置闭环控制中执行器的运动速度、加/减速度、位置控制精度等通常是关键的性能指标。为了实现这些性能指标,液压系统的动态特性尤其是频率响应特性非常关键,它能影响系统的稳定性,决定系统的最大加速度。频率是所有系统的固有属性。
动态响应特性决定系统的稳定性和最大加速度
固有频率及液压阀
系统的频率响应一般理解为固有频率,是所有系统的固有属性。频率可以通过理论计算得出,也可以通过测试得出。
双出杆液压缸液压系统固有频率计算公式
系统固有频率测试示意
闭环系统动态性能由性能最低的元件决定。由于液压阀频率通常相对较高,执行器(液压马达或液压缸)的尺寸和驱动部分的质量是决定系统频率的关键环节。在执行器和驱动负载确定后,尽可能缩短液压阀和执行器之间的管路(例如将比例阀装在执行器上)也可以进一步提高系统的频率响应。
根据系统的动态响应,选用比例阀的一般原则如下:
具体比例伺服阀的技术参数可以参考力士乐工业控制阀:比例、高频响、伺服阀。
除此之外,针对不同的应用要求,某些特定情况下也可以选用频率响应较低的比例阀,比如,若只关心油缸最终定位时的位置精度,而不关心油缸在运动的过程中任意点的位置精度,则可使用博世力士乐控制器中的PDB功能,即运动时为开环控制,达到目标位置附近进入刹车阶段时切换成闭环控制,可使用频率响应较低的比例阀实现较高的精度要求。
PDB控制示意
应用案例
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