力(压力)控制系统

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以输出力(或压力)为控制对象的伺服系统为力(或压力)伺服系统。输出力(或压力)与输入量成正比，力伺服系统广泛应用于工业的材料试验机、线材或带材张力控制、轧钢机的压下和车辆刹车装置。本系统具有精度高、响应速度快、功率大、结构紧凑和使用方便等优点。

在力控制系统中被控制量是力，虽然在位置或速度控制系统中，要带动负载运动也有力的输出，但这种力不是被控制量而是取决于被控制量(位置、速度)和外负载力。同样在力控制系统中，位移和速度取决于输出力和受力对象本身的状态。

(1)力控制系统的组成

力控制系统的结构原理图如图34．2－27所示。

系统由伺服放大器、电液伺服阀、液压缸和力传感器组成。伺服放大器接受指令信号推动电液伺服阀控制液压缸活塞运动输出负载力，负载力由力传感器检测并转换成和负载力成比例的反馈电压，其与指令信号相比较后的误差信号输入到伺服放大器控制伺服阀，控制液压缸输出负载力，使负载力向著减小误差方向变化，直至负载力等于指令信号规定值为止。负载力与误差信号电压成比例。

本系统是力控制系统，如果选用压力反馈伺服阀，就可直接组成压力反馈回路，就不需要力传感器。由于压力伺服阀产量少，维修较困难，而且反馈回路小，包围的只有液压缸及伺服阀功率级阀芯，其它元件均属于开环，其精度不容易保证，所以多数力控制系统仍采用流量伺服阀加力反馈大回路的类型。

(2)控制系统的性能分析及校正

力控制系统中放大器、伺服阀部分的特性与位置、速度控制系统相似，可以应用其结论。对于液压缸及负载的特性将作分析。

若负载质量是M、负载粘性阻尼是B和负载弹簧刚度是k时，则基本方程为：

q_L=K_qx_v－K_cp_L

力传感器的变换方程为

e_f=K_fF (34．2－49)

式中 K_f——力传感器增益。

根据基本方程将图34．2－27的原理图画成图34．2－28的方块图。

从阀芯位移x_v至力F的小闭环传递函数为

由于力控制系统的开环传递函数中有一个二阶微分环节，对于不同负载工况的开环波德图有很大差别。下面就两种负载工况来讨论近似的方法。

k》k_h——这时在k+k_h中可以略去k_h