由于启动量是非线性组件(Nonlinear Element),故本文系统为一非线性系统,无法以传统的拉氏变换法求得系统整体转移函数。因此,本文使用Matlab/Simulink 软件建立如图3的液压伺服控制系统模型,并进行仿真,验证在系统中加入Dither 信号是否能够改善启动量的问题。
首先建立一个液压伺服控制系统的线性模型,其不含启动量与Dither 的作用,如图5所示。并以振幅为1°的正弦波作为输入信号,当输出信号因为执行机构低通滤波特性影响,输出信号振幅衰减至0.707 时,可算出此系统的频宽为14.7HZ,如图6所示。
接着在线性液压伺服控制系统模型中加入启动量非线性组件,如图7所示。而由仿真结果可以发现,其信号输出的频宽明显下降,由计算得知频宽下降至6.8HZ,如图8所示。最后在非线性液压伺服控制系统模型中加入Dither 信号,如图9所示。由仿真结果可发现系统频宽有所提高,计算结果知频宽提高至11.5HZ,如图10所示,所以由模拟结果可证实在非线性液压伺服控制系统模型中加入Dither 信号,可有效改善伺服系统中非线性组件的影响。

图5 线性液压伺服控制系统

图6 线性液压伺服控制系统仿真结果

图7 非线性液压伺服控制系统

图8 非线性液压伺服控制系统仿真结果

图9 液压伺服控制系统加入Dither 信号

图10 液压伺服控制系统加入Dither 信号的仿真结果
五、结论本文利用信号稳定法消除液压伺服控制系统的启动量问题,主要思路是利用在输入控制信号处另加入一高频低振幅信号(Dither)以改善液压伺服控制系统的非线性组件恃性,并完成整个控制系统的稳定性分析及性能分析,本文还推导出消除启动量问题的合适的Dither 波形、振幅与频率。
由分析结果得知,方形波激励信号的等效增益为常数,故其最适合启动量问题的消除,模拟结果也证实恰当的激励信号可改善液压伺服控制系统的频带宽度。
六、参考文献[1] CarringtonJ. E. and Martin H. R.( 1965-66), Threshold Problem in Eletro-HydraulicServomotors, Proc. Instn. Mech. Engrs, 180:881-894。
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