电液伺服系统的发展与应用
电液伺服系统及其控制文档
电液系统及其控制1概述1.1电液控制系统工作原理及组成一.工作原理电液控制系统又称电液伺服系统,是以电气信号为输入,以液压信号为输出,电气检测传感器元件为反馈构成闭环控制系统.由于是电气和液压相结合,因而系统可发挥两者的优点.电气信号便于测量转换放大处理校正,电气检测传感器元件便于检测各种物理量,且快速和多样性;液压信号输出功率大速度快,执行元件具有惯性小等优点.所以结合起来的电液控制系统具有控制精度高,响应速度快,信号处理灵活,输出功率大,结构紧凑,重量轻等优点.输入电气信号通常有电位器,电子放大器,PLC控制器和计算机等. 电气检测传感器元件通常有位置传感器,压力传感器, 速度传感器,编码器等元件. 输出是以液压动力执行元件(油缸和马达)和伺服元件组成的反馈控制系统.如图所示:在此系统中,输出量(位移,力,速度等)通过反馈传感器(位移传感器,力传感器,速度传感器等)能自动地快速地准确地反映其变化.并与原先的给定的给定量进行比较,再放大输入给伺服阀,改变其阀芯位移,从而控制输出的压力和流量,驱动执行元件运动,直至输人量与输出量一致为止.举例:1.阀控式电液位置控制伺服系统(如上图)图中所示为双电位器电液位置控制伺服系统的工作原理图.该系统控制工作台的位置,使其按指令电位器给定的规律变化.系统由指令电位器, 反馈电位器,电子放大器,电液伺服阀,液压缸和工作台组成.其工作原理如下:指令电位器将位置指令xi转换成指令电压ur,被控制的工作台位置xp由反馈电位器检测转换成反馈电压ui.两个线性电位器接成桥式电路,从而得到偏差电压ue=ur-uf.当工作台位置xp与指令位置xi一致时,电桥输出偏差电压ue=0,此时伺服放大器输出电流为零, 电液伺服阀处于零位,没有流量输出,工作台不动.当指令电位器位置发生变化,如向右移动一个位移Oxi,在工作台位置发生变化之前, 电桥输出偏差电压ue=KOx,偏差电压经伺服放大器放大后变为电流信号去控制电液伺服阀, 电液伺服阀输出压力油到液压缸,推动工作台右移.随着工作台的移动, 电桥输出偏差电压逐渐减小,当工作台移动Oxp等于指令电位器位移Oxi时, 电桥输出偏差电压为零, 工作台停止移动.反之亦然.系统的工作原理方块图如下:2.泵控式电液速度控制伺服系统该系统的液压动力执行元件由变量泵和液压马达组成,变量泵既是液压能源又是液压控制元件.由于操纵变量机构所需要的力较大,通常采用一个小功率的液压放大装置作为变量控制机构.如图所示为一泵控式电液速度控制伺服系统的原理图.图中所示系统采用阀控式电液位置控制机构作为泵的变量控制机构. 液压马达的输出速度由测速发电机检测,转换为反馈电压信号uf,与输入指令电压信号ur相比较,得出偏差电压信号ue=ur-uf,作为变量控制机构的输入信号.当速度指令为ur0时, 负载以某个给定的转速w0工作,测速机输出反馈电压uf0,则偏差电压ue0=ur0-uf0,这个偏差电压对应于一定的液压缸位置,从而对应于一定的泵流量输出,此流量为保持负载转速w0所需的流量.如果负载变化或其它原因引起转速变化时,则uf 不等于uf0,假如w大于w0,即uf大于uf0,则ue=ur0-uf小于ue0,使液压缸输出位移减小,使泵输出流量减小,液压马达转速自动下调至给定值.反之,如果转速下降,则uf小于uf0,则ue=ur0-uf大于ue0,使液压缸输出位移增大,使泵输出流量增大,液压马达转速自动回升至给定值.结论: 速度指令一定时, 液压马达转速保持恒定;速度指令变化时, 液压马达转速也相应变化.系统的工作原理方块图如下:二.电液伺服控制系统组成1.输入元件---其功用是给出输入信号加于系统的输入端.可以是机械的,电气的等如靠模,电位器,计算机等.2.反馈测量元件---测量系统输出并转换为反馈信号.如各类传感器(位置传感器,压力传感器,速度传感器等).3.比较元件---将输入信号与反馈信号进行比较,给出偏差信号.4.放大转换元件---将偏差信号放大,转换成液压信号.妲伺服放大器,电液伺服阀等.5.执行元件---产生调节动作加于控制对象上,如液压缸和液压马达等.6.控制对象---被控制的设备等,即负载.7.液压能源装置及各种校正装置等.1.2电液伺服控制的分类电液伺服控制系统可按不同的原则分类,基本上有五大类.一.按被控对象的物理量名称分类1.位置伺服控制系统主要是控制被控对象的位置精度的伺服控制系统,妲机床工作台的位置,板带轧机的板厚,振动试验台等系统.2.速度伺服控制系统主要是控制被控对象的速度精度的伺服控制系统,如原动机的调速,雷达天线的速度控制等.3.力伺服控制系统以力为被调量的伺服控制系统,如材料试验机,轧机张力控制系统等.二.按执行元件的控制方式分类1.阀控式伺服控制系统利用伺服阀控制的伺服控制系统称为阀控式伺服控制系统.它又可分为阀控缸系统和阀控马达系统两种.其优点是响应速度快,控制精度高,结构简单.缺点是效率低.2.容积式伺服控制系统利用变量泵或变量马达控制的伺服控制系统称为容积式伺服控制系统.它又可分伺服变量泵系统和伺服变量马达系统.三.按系统输入信号的变化规律分类1. 定值控制系统当系统输入信号为定值时称为定值控制系统.它的任务是将系统的实际输出量保持在希望值上.2. 程序控制系统当系统输入信号为按预先给定的规律变化时称为程序控制系统..3. 伺服控制系统伺服控制系统又称随动系统,其输入信号是时间的未知函数,而输出量能够准确快速地复现输入量的变化规律.四.按信号的方式分类1.模拟信号控制系统系统中全部信号都是连续的模拟量的系统称之.2.数字信号控制系统系统中全部信号都是数字量的系统称之.3. 数字-模拟混合控制系统系统中部分信号是数字量部分信号是模拟量的系统称之.五.按信号传递介质的形式分类1.机液伺服控制系统输入信号给定,反馈测量和比较均用机械构件实现的系统称之.2.电液伺服控制系统用液压动力元件,偏差信号的检测校正和初始放大等均用电气电子元件实现的系统称之.1.3电液伺服控制的优缺点一. 电液伺服控制的优点1.液压元件功率-重量比和力矩-惯量比（力-质量比）大，因而结构紧凑，体积小，重量轻，用于中大型功率系统优点更明显.比较举例：电气元件：最小尺寸取决于有效磁通密度，而有效磁通密度又受磁性材料的磁饱和限制；功率损耗产生的发热量散发又比较困难.因此功率-重量比和力矩-惯量比小，结构尺寸大.液压元件：功率损耗产生的发热量由油带到散热器去散热，其最小尺寸取决于最大工作压力，而工作压力可以很高（通常可达32MPa）,因而元件尺寸小,重量轻, 功率-重量比和力矩-惯量比大.同功率:液压泵重量/电动机重量=10%-20%液压泵尺寸/电动机尺寸=12%-13%液压马达功率重量比=10倍相当容量的电动机液压马达力矩-惯量比=10-20倍电动机2.液压动力元件快速性好,系统响应快.加速能力强,能高速起动和制动.3.液压伺服系统抗负载的刚度大.二. 电液伺服控制的缺点1.液压元件抗污染能力差,对工作介质清洁度要求高.工作介质随温度变化而变化,对系统性能有影响.2. 液压元件制造精度高,成本高,且若元件的密封制造使用不当,易外漏,造成环境污染.3.液压能源传输不如电气系统方便2 电液伺服阀电液伺服阀是电液伺服系统中的主要元件,它既是电液转换元件,又是功率放大元件.它能够把微小的电信号转换成大功率的液压能(流量和压力),是电液伺服控制系统的核心和关键.电液伺服阀的输入信号是由电气元件来完成的,由它再转换成液压流量和压力,输出给执行机构,实现对执行机构各物理量的控制.2.1电液伺服阀的组成与分类一.组成电液伺服阀通常由力矩马达,液压放大器,反馈机构三部分组成.以下图的两级中力反馈式电液伺服阀为例,简单介绍如下:图中上半部为力矩马达,下半部为液压放大器(由四通滑阀组成的液压放大器), 反馈机构则由反馈杆11组成.它们的作用分别是:1.力矩马达(力马达)将输入的电信号转换成力矩或力控制液压放大器运动.2.液压放大器控制液压能源流向执行机构的流量和压力.3.反馈机构使伺服阀输出的流量和压力获得与输入信号相应的特性.二.分类电液伺服阀的种类很多,按不同的结构和机能常有以下几种分类:1.按输出量的控制功能分有:电液流量伺服阀---主要控制输出的液流流量特性,即在额定输入信号范围内,具有线性流量控制特性.电液压力伺服阀---在额定输入信号范围内,具有线性压力控制特性.电液压力-流量伺服阀---在额定输入信号范围内,具有线性压力-流量控制特性.2.按液压放大器的级数分有:单级伺服阀---只有一级放大元件.结构简单,价格低廉,但输出力和力矩小,输出流量小,对负载变化敏感.用于低压小流量和负载变化不大的场合.两级伺服阀---有两级放大元件.它克服了单级伺服阀的缺点,是最常用的型式.三级伺服阀---由一个两级伺服阀作前置级,控制第三级功率滑阀.通常只用于大流量(200L/min)以上的场合.3.按第一级阀的结构分有:滑阀---第一级阀的结构是滑阀.此类阀流量和压力增益高,输出流量大,对油清洁度要求较低.但加工复杂,分辨率低,响应慢,滞环较大,阀芯受力大.喷咀挡板--- 第一级阀的结构是喷咀挡板. 此类阀灵敏,动态响应快,线性度好.但对油清洁度要求高,挡板受力小,驱动功率小.射流管--- 第一级阀的结构是射流管阀. 此类阀抗污染强,但动态响应慢,受油温响应大.4.按反馈形式分有:滑阀位置反馈---利用滑阀的位置反馈的阀,常用的有直接位置反馈,机械位置反馈,位置电反馈,位置力反馈等.直接位置反馈---阀芯位移通过反馈杆与挡板相连,构成滑阀位移力反馈.常用于两级伺服阀.机械位置反馈---将功率级滑阀的位移通过机械机构反馈到前置级.位置电反馈---将功率级滑阀的位移通过位移传感器反馈到伺服阀的放大器输入端,实现功率级滑阀阀芯定位.2.2 力矩马达力矩马达是将电信号转换成机械运动的一种电气-机械转换.一.力矩马达工作原理利用电磁原理,由永久磁铁(或激磁线圈)产生极化磁场,而电信号通过控制线圈产生控制磁场,两个磁场相互作用,产生与控制信号成比例并能反映控制信号的极性的力或力矩,使其运动部分产生直线位移或角位移的机械运动.二.力矩马达分类1. 根据运动形式分1) 角位移马达--力马达,可移动件是直角位移.2) 直线位移马达—力马达,可移动件是直线位移.2.按可动件结构分1)动铁式---可动件是衔铁.2)动圈式---可动件是控制线圈.3.按极化磁场产生的方式分1)永磁式---利用永久磁铁建立极化磁通.2)非极磁式---无专门的极磁线圈,两个控制线圈差动连接,利用常值电流产生极化磁通.3)固定电流极磁式---利用固定电流通过极磁线圈建立极化磁场.三.力矩马达要求1.能产生足够的输出力和行程,且要求体积小,重量轻.2.动态性能好,响应速度快.3.直线性好,死区小,灵敏度高,磁滞小.4.抗震,抗冲击,不受环境温度和压力影响.四.典型力矩马达1. 永磁动铁式力矩马达1)组成下图所示为一种常用的永磁动铁式力矩马达工作原理图,它由永久磁铁(2),上下导磁体(3,5),衔铁(4),弹簧管(1),控制线圈(两个控制线圈套在衔铁上).2)工作原理永久磁铁将上下导磁体磁化,一个为N极, 一个为S极.无信号电流时,即两个控制线圈的电流i1=i2,衔铁在上下导磁体的中间位置,由于力矩马达结构是对称的, 永久磁铁在四个工作气隙中所产生的极化磁通是一样的,使衔铁两端所受的电磁吸力相同,力矩马达无力矩输出.当有信号电流通过控制线圈时,线圈产生控制磁通(其大小和方向取决于信号电流的大小和方向).假设i1>i2,如上图所示,在气隙1,3中控制磁通与极化磁通方向相同,而在气隙2,4中控制磁通与极化磁通方向相反,因此气隙1,3中其控制磁通与永久磁铁磁通合成大于气隙2,4中控制磁通与极化磁通的合成,于是衔铁上产生顺时针方向的电磁力矩,使衔铁绕弹簧管转动中心顺时针方向转动.当弹簧管变形产生的反力矩与电磁力矩相平衡时,衔铁停止转动.如果信号电流反向,则电磁力矩也反向,衔铁向反方向转动.电磁力矩的大小与信号电流的大小成比例,衔铁的转角也与信号电流成比例.因此调节信号电流便可调节电磁力矩的大小,也就调节衔铁的转角大小.2.永磁动圈式马达1)组成永久磁铁,可动线圈,对中弹簧等.2)工作原理图所示为一种常见的结构原理图图中,永久磁铁在工作气隙中形成极化磁通,当控制信号电流加到线圈上时,线圈就会受到电磁力的作用克服弹簧力和负载力而运动.线圈的位移与控制电流成比例.因此输入信号电流就会得到电磁力,且呈正比关系,具有线性特性.3.动铁式力矩马达与动圈式力马达比较动铁式力矩马达动圈式力马达磁滞大磁滞小工作行程小工作行程大输出力矩大,弹簧刚度大,. 输出力矩小,固有频率低.固有频率高同功率体积小, 价格高同功率体积大,价格低五.力矩马达的数学模型（电磁力矩计算）1) 永磁动铁式力矩马达的数学模型（电磁力矩计算）电磁力矩是由于控制线圈输入电流,在衔铁产生了控制磁通而形成的.因此需先求出力矩马达的控制电流.通过力矩马达的磁路分析可求出电磁力矩的计算公式.a.力矩马达的控制电流参看永磁动铁式力矩马达的工作原理图,在其工作时, 两个控制线圈由一个放大器供电,其常值电压Eb在每个控制线圈中产生的常值电流I0大小相等方向相反.当放大器有输入电压时,两个控制线圈的电流分别为:I1= I0+iI2= I0-i式中i1 i2--- 每个控制线圈中的电流;I0---每个控制线圈中的常值电流i---每个控制线圈中的信号电流;两个控制线圈的差动电流为Δi=i1-i2=2I=i c(1)I c ---输入马达的控制电流b. 衔铁中产生的控制磁通根据力矩马达的磁路原理图,应用磁路的基尔霍夫第二定律可得气隙的合成磁通, 继而应用磁路的基尔霍夫第一定律求出衔铁磁通：φa=φ1-φ2=2φgθ（a/Lg）+Δi（Nc/ Rg）式中φa ---衔铁磁通;φg ---衔铁在中位时气隙的极化磁通;θ---衔铁转角; a ---衔铁转动中心到磁极面中心的距离;Lg ---衔铁在中位时每个气隙的长度;Rg ---工作气隙的磁阻;NcΔi---永久磁铁产生的控制磁动势;c. 作用在衔铁上的电磁力矩根据马克斯威尔公式计算衔铁在磁场中所受的电磁吸力,可得由控制磁通和极化磁通相互作用在衔铁上产生的电磁力矩简化式为Td=KtΔi+Kmθ式中Td ---作用在衔铁上的电磁力矩;Kt---力矩马达的中位电磁力矩系数;Km---力矩马达的中位磁弹簧刚度;从式中可看出,在衔铁中产生的控制磁通以及由此产生的电磁力矩比例于差动电流.2) 永磁动圈式力马达的数学模型（电磁力矩计算）参见永磁动圈式力马达的工作原理图,力矩马达的可动线圈悬置于工作气隙中,永久磁铁在工作气隙中形成极化磁通,当控制电流加到线圈上时,线圈就会受到电磁力的作用而运动.其运运动方向和电流方向按左手定则判断.线圈上的电磁力克服弹簧力和负载力,产生一个与控制电流成比例的位移.由于电流方向与磁通方向垂直,根据载流导体在均匀磁场中所受的电磁力公式,可得力马达线圈所受的电磁力:F=BgлDNcic=Ktic式中F---线圈所受的电磁力;K t---电磁力系数F=BgлDNcN c---控制线圈的匝数.B g---工作气隙中的磁感应强度;D---线圈的平均直径;I c---通过线圈的控制电流.结论: 永磁动圈式力马达的电磁力与控制电流成正比,具有线性特性.2.3 液压放大元件电液伺服阀另一个组成部分是液压放大器,它是一种以机械运动来控制流体动力的元件.它将力矩马达(或力马达)输出的机械运动(转角或位移)转换为液压信号(液体的流量和压力)输出,并进行了功率放大.液压放大元件是伺服系统中的一种主要控制元件,其静动态特性对系统的性能影响很大.且结构简单,单位体积输出功率大,工作可靠和动态性能好.一.液压放大元件的种类液压放大元件有滑阀,喷咀挡板阀和射流管阀等.二.滑阀滑阀是靠节流原理工作的.它借助于阀芯与阀套间的相对运动改变节流口面积的大小,对流体流量或压力进行控制.滑阀结构形式多,控制性能好,在电液系统中应用最广泛.1.滑阀的结构及分类(1)按进出阀的通道数划分它与液压方向阀的通道数一样,有四通阀,三通阀和二通阀.四通阀有一个进油口,一个回油口,两个控制口.可用来控制双作用液压缸或马达.如图a所示.三通阀有一个进油口,一个回油口,一个控制口.只可用来控制差动液压缸.如图b所示.图b 三通阀图c 二通阀二通阀一个进油口,只有一个可变节流口,须和一个固定节流孔配合使用,才能用来控制差动液压缸. 如图c所示.(2)按滑阀的工作边数划分a.四边滑阀--与上对应四通阀有四个可控的节流口,又称四边滑阀,控制性能最好.如上图a所示.b. 双边滑阀--三通阀有两个可控的节流口,又称双边滑阀, 控制性能居中. 如上图b所示.c. 单边滑阀--单边滑阀只有一个可控的节流口, 控制性能最差.(3)按滑阀的预开口型式划分按滑阀阀芯在中位时,阀芯凸肩与阀套槽宽的几何尺寸关系划分有:a.正开口--阀芯凸肩与阀套槽宽的几何尺寸是负重叠的(即阀芯凸肩宽度大于阀套槽宽),参见图a.b.零开口--阀芯凸肩与阀套槽宽的几何尺寸是零重叠的(即阀芯凸肩宽度等于阀套槽宽),参见图b.c.负开口--阀芯凸肩与阀套槽宽的几何尺寸是正重叠的(即阀芯凸肩宽度小于阀套槽宽),参见图c.图a 正开口图b 零开口图c 负开口.阀的预开口形式对其性能,特别是零位附近特性影响很大.如下图所示:零开口阀具有线性流量增益特性,性能比较好.负开口阀由于流量增益特性有死区,将引起稳态误差,有时还可能引起游隙,从而产生稳定性问题.正开口在正开口区内外的流量增益变化大,压力灵敏度低,零位泄漏量大.图不同开口形式的流量特性1-零开口2-正开口3-负开口2.滑阀静态特性滑阀静态特性是指稳态情况下,阀的负载流量qL, 负载压力pL和滑阀的位移xv三者之间的关系,即qL=f(pL, xv).它表示滑阀的工作能力和性能,对系统的静动态特性计算有重大意义.阀的静态特性可用方程(压力－流量方程),曲线或特性参数(阀的系数)表示.(1) 滑阀静态特性a.压力－流量方程滑阀的控制流量可由滑阀节流口流量公式表示,其流量是阀芯位移和节流口的压降的函数.为了使问题简化,在推导压力－流量方程时,作了以下假设:a)液压能源是理想的恒压源,供油压力Ps为常数,回油压力P0为零.b)忽略管道和阀腔内的压力损失.c)假定液体是不可压缩的.d)假定阀各节流口流量系数相等.e)阀的窗口都是匹配和对称的.根据节流口流量公式,以四边滑阀为例,可推导出压力－流量方程:负载流量为QL=CdA2√1/ρ(ps - pL)- CdA1√1/ρ(ps + pL)式中Cd-为流量系数,ρ-为油密度, (ρ=870Kg/m3)A1- 为节流口1的面积;A2-为节流口2的面积;ps –为恒压油源压力pL-为负载压力,pL=p1-p2.供油流量为Qs=CdA2√1/ρ(ps - pL)+ CdA1√1/ρ(ps + pL)b.滑阀的静态特性曲线a)流量特性曲线阀的流量特性是指负载压降等于常数时, 负载流量与阀芯位移之间的关系,其图形表示即为流量特性曲线. 负载压降为0时的流量特性称空载流量特性.相应的曲线为空载流量特性曲线,如图a所示.图a 空载流量特性曲线图图b 压力特性曲线b)压力特性曲线阀的压力特性是指负载压降等于常数时, 负载压降与阀芯位移之间的关系,其图形表示即为压力特性曲线.通常所指的压力特性是指负载流量为0时的压力特性,相应的曲线为压力特性曲线,如图b所示.c)压力-流量特性曲线阀的压力-流量特性曲线是指阀芯位移一定时, 负载流量与负载压降之间关系的图形. 如下图所示为理想零开口四边滑阀的压力-流量特性曲线族.它全面描述了阀的稳态特性,并可获得阀的全部性能参数.阀在最大位移下的压力-流量特性曲线可以表示阀的工作能力和规格.当负载所需的压力和流量能被阀在最大位移下的压力-流量特性曲线所包围时,阀就能满足负载的要求阀的压力-流量特性曲线(2)零开口四边滑阀的静态特性a. 理想零开口四边滑阀的静态特性理想零开口滑阀是指径向间隙为零,工作边锐利的滑阀,如图所示.由于径向间隙为零,工作边锐利,因而在讨论静态特性时可不考虑它们的影响.且认为节流阀口为矩形,其面积A=W xv, (W-面积梯度xv-阀芯位移).a)理想零开口四边滑阀的压力－流量方程 理想零开口四边滑阀的压力－流量方程:QL=Cd W xv -(1)b)压力－流量曲线根据无因次压力－流量方程绘制压力－流量曲线如下图所示.因阀窗口是匹配且对称的,所以压力－流量曲线对称于原点.当阀在正常工作状态是按图中Ⅰ,Ⅲ象限曲线.只有在瞬态情况下,才会处于Ⅱ,Ⅳ象限曲线.⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-Lv v s p p χχρ1。
液压伺服系统的发展和应用
液压控制系统液压技术主要是由于武器装备对高质量控制装置的需要而发展起来的。
随着控制理论的出现和控制系统的发展，液压技术与待腻子技术的结合日趋完善，从而产生了广泛应用于武器装备的高质量电液控制系统。
同时，液压技术也广泛地应用于许多工业部门。
在这个发展过程中，控制装置的需要反过来迫使液压元器件、液压控制系统不断更新，不断发展提高。
本文结合课堂所学，简要讲述液压技术的发展和应用。
1.液压传动将源动力的能量按一定方式和规律传递给工作机构的作用叫传动。
在机器中起传动作用的机构叫传动机构。
目前传动有五种型式：机械传动、电气传动、气体传动、流体传动和复合传动。
在液体传动中，有一种以液体为传动介质，主要靠受压液体的压力能来实现运动和能量传递的叫液压才传动。
图1为一个简单的连通器，可以用来传递能量。
图1.连通器简图当右边小活塞在外力Fo作用下，向下推压右边腔室的液体时，该处的液体通过两腔室间连通的通道被挤压到左边大腔室中，使重物G运动，这样就起到了传动能量的作用。
但这种简单的连通器不能连续工作，下面以一个简单的例子来分析液压传动系统。
如图2所示，小活塞及其活塞缸为主动缸，在单向阀配合下不断从邮箱吸油，排左边大缸腔，被称为液压泵。
左边大活塞及其缸腔为工作缸，不断得到压力油，不断推举重物做功，被称为液压缸。
从图中知道，液压泵、液动机（液压缸和液压马达）和控制阀为组成液压系统的三个主要部分，加上辅助装置和液压油，这五个部分是实际液压机构所必须的。
图2.千斤顶的原理图2.液压元件根据各个元件在液压系统中的作用，主要分为动力元件(液压能源)—液压泵，执行元件(液动机)—液压马达(输出旋转运动)和液压缸(输出直线运动)，以及各种控制阀。
2.1.液压控制元件液压阀是液压系统的控制元件，通过它改变系统中流体的运动方向、压力和流量。
在节流式伺服系统中，它直接控制执行元件动作；在容积式伺服系统中，它直接控制着泵的变量机构，改变其输出流量，从而间接的对执行元件的动作进行控制。
风力发电机组电液伺服液压系统简介
风力发电机组电液伺服系统简介一、概述：风力发电机组的液压伺服系统，主要用于变浆距风力发电机组的变浆控制装置、安全浆距控制装置、偏航驱动和制动装置、停机制动装置提供液压驱动力及控制，实现风力发电机组的转速控制、功率控制，同时也制控机械刹车机构。
根据自然风速、风向，液压伺服系统自动调节发电机组在稳定的电压和频率下运行发电，并对恶劣气候实施自动安全保护。
二、风力发电机组电液伺服液压系统特点：1、可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1），即能在很宽的范围内很容易地调节力与转矩；2、控制性能好，对力、速度、位置等指标能以很高的响应速度精确地进行控制。
很容易实现机器的自动化，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。
3、体积小、重量轻、运动惯性小、反应速度快，动作可靠，操作性能好。
4、可自动实现过载保护。
一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。
5、可以方便地根据需要使用液压标准元件、灵活地构成实现任意复杂功能的系统。
6、采用高性能比例伺服阀，提高抗污染能力。
三、电液伺服系统的基本组成1、动力元件动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体（主要是油）的压力能，是指液压系统中的油泵，向整个液压系统提供压力油。
液压泵的常见结构形式有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。
2、控制元件控制元件(即各种液压阀)其作用是在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向，以满足执行元件对力、速度和运动方向的要求。
该电液伺服系统的主要元件为带位置反馈的高性能比例伺服阀。
3、执行元件执行元件是把系统的液体压力能转换为机械能的装置，驱动外负载做功。
旋转运动用液压马达，直线运动用液压缸，摆动用液压摆动马达。
油缸、马达有位置传感器与控制阀构成反馈控制。
4、辅助元件辅助元件是传递压力能和液体本身调整所必需的液压辅件，其作用是储油、保压、滤油、检测等，并把液压系统的各元件按要求连接起来，构成一个完整的液压系统。
辅助元件包括油箱、蓄能器、滤油器、传感器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位计、油温计等。
电液控制技术(1)及应用
比例阀技术初步
• 比例阀介于常规开关阀和闭环伺服阀之间已成
为现今液压系统的常用组件,液压工业从比例阀 技术的发展而获益匪浅。
• 看一个例子：
比例阀技术对于液压系统究竟意味着什么
比例阀技术对于液压系统究竟意味着什么
上图说明了信号流程： 输入电信号为电压多数为0至9V由信号放大器成比例地转化为
电流即输出变量如1mV相当于1mA； 比例电磁铁产生一个与输入变量成比例的力或位移输出； 液压阀以这些输出变量力或位移作为输入信号就可成比例地输 出流量或压力； 这些成比例输出的流量或压力输出对于液压执行机构或机器动 作单元而言意味着不仅可进行方向控制而且可进行速度和压力 的无级调控； 同时执行机构运行的加速或减速也实现了无级可调如流量在某 一时间段内的连续性变化等。
如果对于不带位移传感器的直动式比例方向阀，其滞环一 般为5-6%，重复精度2-3%。
比例方向阀-直动式
控制阀芯的结构：
图示，比例阀控制阀芯与普通方向阀 阀芯不同，它的薄刃型节流断面呈三 角形。用这种阀芯形式，可得到一条 渐增式流量特性曲线。
阀芯的三角控制棱边和阀套的控制棱
边，在阀芯移动过程中的任何位置上，
比例泵的恒压、恒流、压力流量复合控制等多种功能控制块 ，可采用组合叠加方式；
控制放大器、电磁铁、和比例阀组成电液一体化结构。
电液比例控制的技术特征
带比例电磁铁的比例阀和比例泵为电气控制提供了良好的接 口无论对于顺序控制的生产机械还是其它可编程的控制/驱动 系统都提供了极大的灵便性。 比例控制设备的技术优势主要在于阀位转换过程是受控的设 定值可无级调节且实现特定控制所需的液压元件较少从而减 少了液压回路的投资费用。 使用比例阀可更快捷更简便和更精确地实现工作循环控制并 满足切换过程的性能要求由于切换过渡过程是受控的避免产 生过高的峰值压力因而延长了机械和液压元器件的使用寿命 。
丁凡教授浙江大学电液伺服阀研究现状及发展
回转式 动圈式
电液伺服阀的结构分类
利用新型功能材料研制电—机械转换器
利用压电陶瓷元件 （ PZT材料） 利用超磁致伸缩材料 （GMM材料）
利用电流变体
（ER流体 ）
利用磁流变流体
（ MR流体 ）
利用记忆合金
电液伺服阀的结构分类
液压先导级控制阀
喷嘴—挡板阀
动（1945年后）
电液伺服阀及系统的发展历史
永磁式力矩马达出现，形成了电液伺服 阀的雏形（1950年始）
喷嘴—挡板阀作为先导级的电液伺服阀 出现（1950年底）
各种形式的电液伺服阀开始出现（1960 年始）
电液伺服阀今后发展方向
大流量、高频响电液伺服阀的研制 特种电液伺服阀（如深海） 机电液一体化（如飞机上） 低成本、抗污染、工作可靠的电液伺服阀 电液比例伺服阀
机电液一体化（MOOG）
电液伺服阀创新方向
新的结构（电—机械转换器的结构、阀 的结构）
新材料的利用（压电陶瓷、GMM、记忆 合金、纳米材料？）
电液伺服阀的组成
电—机械转换器 液压先导级控制阀 液压功率级控制阀 反馈部件 附件（过滤器等）
电液伺服阀的结构分类
从电—机械转换器分类 动铁式
电液伺服阀研究现状及发展
丁凡
浙江大学流体传动及控制国家重点实验室
电液伺服阀及系统的发展历史
水利机械 活塞式泵和活塞式马达（1900年前） 液压传动—首先用于海军战舰炮塔的俯仰
（1906年前） 滑阀特性和液压伺服控制理论研究（1940年始） 飞机上出现电液伺服系统，滑阀由伺服电机拖
二级力反馈电液伺服阀结构
二级力反馈电液伺服阀原理
电液伺服控制系统概述
电液伺服控制系统概述摘要：电液伺服控制是液压领域的重要分支。
多年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率——重量比和大功率液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。
特别是控制理论在液压系统中的应用、计算及电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在原件和系统方面、理论与应用方面都日趋完善和成熟，并形成一门学科。
目前液压技术已经在许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门及飞机、船舶部门等。
关键词：电液伺服控制液压执行机构伺服系统又称随机系统或跟踪系统，是一种自动控制系统。
在这种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律动作。
液压伺服系统是以液压为动力的自动控制系统，由液压控制和执行机构所组成。
一、电液控制系统的发展历史液压控制技术的历史最早可以追溯到公元前240年,一位古埃及人发明的液压伺服机构——水钟。
而液压控制技术的快速发展则是在18世纪欧洲工业革命时期,在此期间,许多非常实用的发明涌现出来,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。
18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。
19世纪初液压技术取得了一些重大的进展,其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。
第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。
出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。
20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。
这些应用最初包括雷达驱动、制导平台驱动及导弹发射架控制等,后来又扩展到导弹的飞行控制、雷达天线的定位、飞机飞行控制系统的增强稳定性、雷达磁控管腔的动态调节以及飞行器的推力矢量控制等。
电液伺服驱动器也被用于空间运载火箭的导航和控制。
电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。
在早些时候,数控机床的工作台定位伺服装置中多采用电液系统(通常是液压伺服马达)来代替人工操作,其次是工程机械。
电液伺服系统的原理及应用
电液伺服系统的原理及应用一．电液伺服系统概述电液伺服系统在自动化领域是一类重要的控制设备，被广泛应用于控制精度高、输出功率大的工业控制领域．液体作为动力传输和控制的介质，跟电力相比虽有许多不甚便利之处且价格较贵，但其具有响应速度快、功率质量比值大及抗负载刚度大等特点，因此电液伺服系统在要求控制精度高、输出功率大的控制领域占有独特的优势。
电液伺服控制系统是以液压为动力，采用电气方式实现信号传输和控制的机械量自动控制系统。
按系统被控机械量的不同，它又可以分为电液位置伺服系统、电液速度伺服控制系统和电液力控制系统三种。
我国的电液伺服发展水平目前还处在一个发展阶段，虽然在常规电液伺服控制技术方面，我们有了一定的发展。
但在电液伺服高端产品及应用技术方面，我们距离国外发达国家的技术水平还有着很大差距。
电液伺服技术是集机械、液压和自动控制于一体的综合性技术，要发展国内的电液伺服技术必须要从机械、液压、自动控制和计算机等各技术领域同步推进。
二．电液伺服的组成电液控制系统是电气液压控制系统简称，它由电气控制及液压两部分组成。
在电子-液压混合驱动技术里，能量流是由电子控制，由液压回路传递，充分结合了电子控制和液压传动两者混合驱动技术的优点避免了它们各自的缺陷。
⑴电子驱动技术的特点①高精度、高效率，低能耗、低噪音②高性能动态能量控制③稳定的温度性能④能量再生及反馈电网⑤在循环空闲的时间没有能量损失⑵液压驱动技术的特点①高(力/功)密度②结构紧凑③液压马达（油缸）是大功率且经济的执行元件④在液压系统做压力控制的时候有明显的能量流失液压部分：以液体为传动介质，靠受压液体的压力能来实现运动和能量传递。
基于液压传动原理，系统能够根据机械装备的要求，对位置、速度、加速度、力等被控量按一定的精度进行控制，并且能在有外部干扰的情况下，稳定、准确的工作，实现既定的工艺目的。
（工控网）液压伺服阀是输出量与输入量成一定函数关系，并能快速响应的液压控制阀，是液压伺服系统的重要元件。
电液伺服阀的原理分类和应用简介
电液伺服阀的原理分类和应用简介一．电液伺服阀的工作原理电液伺服阀由力矩马达和液压放大器组成。
力矩马达工作原理磁铁把导磁体磁化成N、S极，形成磁场。
衔铁和挡板固连由弹簧支撑位于导磁体的中间。
挡板下端球头嵌放在滑阀中间凹槽内；线圈无电流时，力矩马达无力矩输出，挡板处于两喷嘴中间；当输入电流通过线圈使衔铁3左端被磁化为N极，右端为S极，衔铁逆时针偏转。
弹簧管弯曲产生反力矩，使衔铁转过θ角。
电流越大θ角就越大，力矩马达把输入电信号转换为力矩信号输出。
前置放大级工作原理压力油经滤油器和节流孔流到滑阀左、右两端油腔和两喷嘴腔，由喷嘴喷出，经阀9中部流回油箱力矩马达无输出信号时，挡板不动，滑阀两端压力相等。
当力矩马达有信号输出时，挡板偏转，两喷嘴与挡板之间的间隙不等，致使滑阀两端压力不等，推动阀芯移动。
功率放大级工作原理当前置放大级有压差信号使滑阀阀芯移动时，主油路被接通。
滑阀位移后的开度正比于力矩马达的输入电流，即阀的输出流量和输入电流成正比；当输入电流反向时，输出流量也反向。
滑阀移动的同时，挡板下端的小球亦随同移动，使挡板弹簧片产生弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使它在两喷嘴间的位移量减小，实现了反馈。
当滑阀上的液压作用力和挡板弹性反力平衡时，滑阀便保持在这一开度上不再移动。
二.电液伺服阀的分类1 按液压放大级数可分为单级电液伺服阀，两级电液伺服阀，三级电液伺服阀。
2 按液压前置级的结构形式，可分为单喷嘴挡板式，双喷嘴挡板式，滑阀式，射流管式和偏转板射流式。
3 按反馈形式可分为位置反馈式，负载压力反馈式，负载流量反馈式，电反馈式等。
4 按电机械转换装置可分为动铁式和动圈式。
5 按输出量形式可分为流量伺服阀和压力控制伺服阀。
三.电液伺服阀的发展趋势1/新型结构的设计在20 世纪90 年代,国外研制直动型电液伺服阀获得了较大的成就.现形成系列产品的有Moog 公司的D633,D634 系列的直动阀,伊顿威格士(EatonVickers)公司的LFDC5V 型,德国Bosch 公司的NC10 型,日本三菱及KYB 株式会社合作开发的MK 型阀及Moog 公司与俄罗期沃斯霍得工厂合作研制的直动阀等.该类型的伺服阀去掉了一般伺服阀的前置级, 利用一个较大功率的力矩马达直接拖动阀芯, 并由一个高精度的阀芯位移传感器作为反馈.该阀的最大特点是无前置级,提高了伺服阀的抗污染能力.同时由于去掉了许多难加工零件,降低了加工成本,可广泛使用于工业伺服控制的场合.国内有些单位如中国运载火箭技术研究院第十八研究所, 北京机床研究所, 浙江工业大学等单位也研制出了相关产品的样机. 特别是北京航空航天大学研制出转阀式直动型电液伺服阀. 该伺服阀通过将普通伺服阀的滑阀滑动结构转变为滑阀的转动, 并在阀芯与阀套上相应开了几个与轴向有一定倾角的斜槽.阀芯阀套相互转动时,斜槽相互开通或相互封闭,从而控制输出压力或流量.由于在工作时阀芯阀套是相互转动的,降低了阀工作时的摩擦阻力,同时污染物不容易在转动的滑阀内堆积,提高了抗污染性能.此外,Park 公司开发了"音圈驱动(Voice Coil Drive)"技术(VCD),以及以此技术为基础开发的DFplus 控制阀.所谓音圈驱动技术, 顾名思义, 即是类似于扬声器的一种驱动装置, 其基本结构就是套在固定的圆柱形永久磁铁上的移动线圈,当信号电流输入线圈时,在电磁效应的作用下,线圈中产生与信号电流相对应的轴向作用力,并驱动与线圈直接相连的阀芯运动,驱动力很大.线圈上内置了位移反馈传感器,因此,采用VCD 驱动的DFplus 阀本质上是以闭环方式进行控制的,线性度相当好.此外,由于VCD 驱动器的运动零件只是移动线圈,惯量极小,相对运动的零件之间也没有任何支承,DFplus 阀的全部支承就是阀芯和阀体间的配合面,大大减小了摩擦这一非线性因素对控制品质的影响.综合上述的技术特点,配合内置的数字控制模块,使DFplus 阀的控制性能佳,尤其在频率响应方面更是优越,可达400Hz.从发展趋势来看,新型直动型电液伺服阀在某些行业有替代传统伺服阀特别是喷嘴挡板式伺服阀的趋向, 但它的最大问题在于体积大, 重量重, 只适用于对场地要求较低的工业伺服控制场合. 如能减轻其重量, 减小其体积,在航空,航天等军工行业亦具有极大的发展潜力.另外,近年来伺服阀新型的驱动方式除了力矩马达直接驱动外,还出现了采用步进电机,伺服电机,新型电磁铁等驱动结构以及光-液直接转换结构的伺服阀.这些新技术的应用不仅提高了伺服阀的性能, 而且为伺服阀发展开拓了思路, 为电液伺服阀技术注入了新的活力.2/新型材料的采用当前在电液伺服阀研制领域的新型材料运用,主要是以压电元件,超磁致伸缩材料及形状记忆合金等为基础的转换器研制开发.它们各具有其自己的优良特性.2.1 压电元件压电元件的特点是"压电效应":在一定的电场作用下会产生外形尺寸的变化,在一定范围内,形变与电场强度成正比.压电元件的主要材料为压电陶瓷(PZT),电致伸缩材料(PMN)等.比较典型的压电陶瓷材料有日本TOKIN 公司的叠堆型压电伸缩陶瓷等.PZT 直动式伺服阀的原理是: 在阀芯两端通过钢球分别与两块多层压电元件相连. 通过压电效应, 使压电材料产生伸缩驱动阀芯移动.实现电-机械转换.PMN 喷嘴挡板式伺服阀则在喷嘴处设置一与压电叠堆固定连接的挡板,由压电叠堆的伸,缩实现挡板与喷嘴间的间隙增减,使阀芯两端产生压差推动阀芯移动.目前压电式电-机械转换器的研制比较成熟并已得到较广泛的应用.它具有频率响应快的特点,伺服阀频宽甚至能达到上千赫兹,但亦有滞环大,易漂移等缺点,制约了压电元件在电液伺服阀上的进一步应用.2.2 超磁致伸缩材料液压与电气论坛超磁致伸缩材料(GMM)与传统的磁致伸缩材料相比,在磁场的作用下能产生大得多的长度或体积变化. 利用GMM 转换器研制的直动型伺服阀是把GMM 转换器与阀芯相连,通过控制驱动线圈的电流,驱动GMM 的伸缩,带动阀芯产生位移从而控制伺服阀输出流量.该阀与传统伺服阀相比不仅有频率响应高的特点,而且具有精度高,结构紧凑的优点.目前,在GMM 的研制及应用方面,美国,瑞典和日本等国处于领先水平.国内浙江大学利用GMM 技术对气动喷嘴挡板阀和内燃机燃料喷射系统的高速强力电磁阀, 进行了结构设计和特性研究.从目前情况来看GMM 材料与压电材料和传统磁致伸缩材料相比,具有应变大,能量密度高,响应速度快,输出力大等特点.世界各国对GMM 电-机械转换器及相关的技术研究相当重视,GMM 技术水平快速发展,已由实验室研制阶段逐步进入市场开发阶段.今后还需解决GMM 的热变形,磁晶各向异性,材料腐蚀性及制造工艺, 参数匹配等方面的问题,以利于在高科技领域得到广泛运用.2.3 形状记忆合金形状记忆合金(SMA)的特点是具有形状记忆效应.将其在高温下定型后,冷却到低温状态,对其施加外力.一般金属在超过其弹性变形后会发生永久变形,而SMA 却在将其加热到某一温度之上后, 会恢复其原来高温下的形状. 利用其特性研制的伺服阀是在阀芯两端加一组由形状记忆合金绕制的SMA 执行器, 通过加热和冷却的方法来驱动SMA 执行器, 使阀芯两端的形状记忆合金伸长或收缩, 驱动阀芯作用移动, 同时加入位置反馈来提高伺服阀的控制性能.从该阀的情况来看,SMA 虽变形量大,但其响应速度较慢,且变形不连续, 也限制了其应用范围.与传统伺服阀相比,采用新型材料的电-机械转换器研制的伺服阀,普遍具有高频响, 高精度,结构紧凑的优点.虽然目前还各自呈在某些关键技术需要解决,但新型功能材料的应用和发展,给电液伺服阀的技术发展发展提供了新的途径.3/电子化,数字化技术的运用液压与电气论坛目前电子化, 数字化技术在电液伺服阀技术上的运用主要有两种方式: 其一,在电液伺服阀模拟控制元器件上加入D/A 转换装置来实现其数字控制.随着微电子技术的发展,可把控制元器件安装在阀体内部,通过计算机程序来控制阀的性能,实现数字化补偿等功能.但存在模拟电路容易产生零漂,温漂,需加D/A 转换接口等问题.其二, 为直动式数字控制阀. 通过用步进电机驱动阀芯, 将输入信号转化成电机的步进信号来控制伺服阀的流量输出.该阀具有结构紧凑,速度及位置开环可控及可直接数字控制等优点,被广泛使用.但在实时性控制要求较高的场合,如按常规的步进方法,无法兼顾量化精度及响应速度的要求.浙江工业大学采用了连续跟踪控制的办法,消除了两者之间的矛盾,获得了良好的动态特性. 此外还有通过直流力矩电机直接驱动阀芯来实现数字控制等多种控制方式或伺服阀结构改变等方法来形成众多的数字化伺服阀产品.随着各项技术水平的发展,通过采用新型的传感器和计算机技术研制出机械,电子, 传感器及计算机自我管理(故障诊断,故障排除)为一体的智能化新型伺服阀.该类伺服阀可按照系统的需要来确定控制目标:速度,位置,加速度,力或压力.同一台伺服阀可以根据控制要求设置成流量控制伺服阀, 压力控制伺服阀或流量/ 压力复合控制伺服阀. 并且伺服阀的控制参数,如流量增益,流量增益特性,零点等都可以根据控制性能最优化原则进行设置.伺服阀自身的诊断信息,关键控制参数(包括工作环境参数和伺服阀内部参数)可以及时反馈给主控制器;可以远距离对伺服阀进行监控,诊断和遥控.在主机调试期间,可以通过总线端口下载或直接由上位机设置伺服阀的控制参数, 使伺服阀与控制系统达到最佳匹配,优化控制性能.而伺服阀控制参数的下载和更新,甚至在主机运转时也能进行.而在伺服阀与控制系统相匹配的技术应用发展中, 嵌入式技术对于伺服阀已经成为现实. 按照嵌入式系统应定义为:"嵌入到对像体系中的专用计算机系统"."嵌入性","专用性"与"计算机系统"是嵌入式系统的三个基本要素.它是在传统的伺服阀中嵌入专用的微处理芯片和相应的控制系统, 针对客户的具体应用要求而构建成具有最优控制参数的伺服阀并由阀自身的控制系统完成相应的控制任务(如各控制轴同步控制),再嵌入到整个的大控制系统中去.从目前的技术发展和控制系统对伺服阀的要求看, 伺服阀的自诊断和自检测功能应该有更大的发展. 结束语当前的液压伺服控制技术已经能将自动控制技术, 液压技术与微电子有机的结合起来, 形成新一代的伺服阀产品.而随着电子设备,控制策略,软件及材料等方面的发展与进步, 电液控制技术及伺服阀产品将在机,电,液一体化获得长足的进步.四 .电液伺服阀的发展历程液压控制技术的历史最早可追溯到公元前240 年,当时一位古埃及人发明了人类历史上第一个液压伺服系统――水钟. 然而在随后漫长的历史阶段, 液压控制技术一直裹足不前, 直到18 世纪末19 世纪初,才有一些重大进展.在二战前夕,随着工业发展的需要,液压控制技术出现了突飞猛进地发展,许多早期的控制阀原理及专利均是这一时代的产物.如: Askania 调节器公司及Askania-Werke 发明及申请了射流管阀原理的专利.同样, Foxboro 发明了喷嘴挡板阀原理的专利.而德国Siemens 公司发明了一种具有永磁马达及接收机械及电信号两种输入的双输入阀,并开创性地使用在航空领域.在二战末期,伺服阀是用螺线管直接驱动阀芯运动的单级开环控制阀.然随着控制理论的成熟及军事应用的需要, 伺服阀的研制和发展取得了巨大成就. 1946 年, 英国Tinsiey 获得了两级阀的专利;Raytheon 和Bell 航空发明了带反馈的两级阀;MIT 用力矩马达替代了螺线管使马达消耗的功率更小而线性度更好.1950 年,W.C.Moog 第一个发明了单喷嘴两级伺服阀.1953 年至1955 年间,T.H.Carson发明了机械反馈式两级伺服阀; W.C.Moog 发明了双喷嘴两级伺服阀; Wolpin 发明了干式力矩马达, 消除了原来浸在油液内的力矩马达由油液污染带来的可靠性问题.1957 年R.Atchley 利用Askania 射流管原理研制了两级射流管伺服阀.并于1959 年研制了三级电反馈伺服阀.1959 年 2 月国外某液压与气动杂志对当时的伺服阀情况作了12 页的报道, 显示了当时伺服阀蓬勃发展的状况.那时生产各种类型的伺服阀的制造商有20 多家.各生产厂家为了争夺伺服阀生产的霸权地位展开了激烈地竞争. 回顾历史, 可以看到最终取胜的几个厂家, 大多数生产具有反馈及力矩马达的两级伺服阀.我们可以看到, 1960 年的伺服阀已具有现代伺服阀的许多特点.如:第二级对第一级反馈形成闭环控制;采用干式力矩马达;前置级对功率级的压力恢复通常可达到50%;第一级的机械对称结构减小了温度,压力变化对零位的影响. 同时, 由早期的直动型开环控制阀发展变化而来的直动型两级闭环控制伺服阀也已出现.当时的伺服阀主要用于军事领域,随着太空时代的到来,伺服阀又被广泛用于航天领域,并研制出高可靠性的多余度伺服阀等尖端产品.与此同时,随着伺服阀工业运用场合的不断扩大,某些生产厂家研制出了专门使用于工业场合的工业伺服阀. Moog 公司就在1963 年推出了第一款专为工业场合使用的73 如系列伺服阀产品.随后,越来越多的专为工业用途研制的伺服阀出现了.它们具有如下的特征:较大的体积以方便制造;阀体采用铝材(需要时亦可采用钢材);独立的第一级以方便调整及维修;主要使用在14MPa 以下的低压场合;尽量形成系列化,标准化产品.然而Moog 公司在德国的分公司却将其伺服阀的应用场合主要集中在高压场合, 一般工作压力在21MPa,有的甚至到35MPa,这就使阀的设计专重于高压下的使用可靠性.而随着伺服阀在工业场合的广泛运用, 各公司均推出了各自的适合工业场合用的比例阀. 其特点为低成本, 控制精度虽比不上伺服阀, 但通过先进的控制技术和先进的电子装置以弥补其不足, 使其性能和功效逼近伺服阀.1973 年,Moog 公司按工业使用的需要,把某些伺服阀转换成工业场合的比例阀标准接口.Bosch 研制出了其标志性的射流管先导级及电反馈的平板型伺服阀.1974 年,Moog 公司推出了低成本,大流量的三级电反馈伺服阀.Vickers 公司研制了压力补偿的KG 型比例阀.Rexroth,Bosch 及其他公司研制了用两个线圈分别控制阀芯两方向运动的比例阀等等五. 电液伺服阀运转不良引起的故障1 油动机拒动在机组启动前做阀门传动试验时，有时出现个别油动机不动的现象，在排除控制信号故障的前提下，造成上述现象的主要原因是电液伺服阀卡涩。
电液伺服系统的设计与实现
电液伺服系统的设计与实现随着科技的不断发展，机械设备的功能和性能要求也越来越高。
而在众多机械设备中，电液伺服系统以其优良的性能和高效的工作模式，已经成为了广泛应用的设备之一。
本文将就电液伺服系统的设计和实现进行讨论，以期提高其性能和工作效率。
一、电液伺服系统的组成电液伺服系统是由3个部分组成的：电子控制单元、电液传动系统和执行机构。
1. 电子控制单元电子控制单元包括控制器和信号处理器，控制器是整个系统的核心。
它可以接收来自传感器的反馈信息，根据内部程序计算出控制信号，并输出到执行机构，实现对执行机构的精确控制。
2. 电液传动系统电液传动系统是整个电液伺服系统的动力源，它包括电液转换器、电动机、泵、油箱、阀门等组成。
电动机通过传动装置，驱动泵产生压力液体，液体经过阀门进入执行机构，实现机械臂等动作。
3. 执行机构执行机构是电液伺服系统的输出节点，它通过接收液压驱动，转换为机械运动。
在典型的电液伺服系统中，执行机构通常包括液压缸、液压马达、液压单元等。
二、电液伺服系统的优点1. 精度高因为电液伺服系统可以接收来自传感器的反馈信息，根据内部程序计算出控制信号，并输出到执行机构，实现对执行机构的精确控制，所以其控制精度很高，可以满足高精密度机械设备的要求。
2. 动态性能好电液伺服系统的调节速度快，反应灵敏。
它不仅可以适应于各种工况的需要，而且可以根据需要进行控制和调节。
相比之下，其他传动系统难以满足这些要求。
3. 可扩展性强电液伺服系统的结构比较清晰，它根据要求可以进行功能扩展。
同时，它也可以与其他的控制系统进行集成，如PLC、CAN总线等。
三、电液伺服系统的设计电液伺服系统的设计必须根据所需的实际应用来进行，下面简单介绍了一些设计方法。
1. 系统参数计算电液伺服系统的设计一定要进行系统参数计算，以确保正确的系统工作。
主要包括负载惯性、运动速度、加速度、油液流量、泵、马达的型号、离合器等参数的计算。
2. 控制系统设计控制系统设计是电液伺服系统设计的核心问题。
电液伺服系统
电液伺服系统电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。
根据输入信号的形式不同，又可分为模拟伺服系统和数字伺服系统两类。
下面对模拟伺服系统和数字伺服系统作一简单的说明。
模拟伺服系统在模拟伺服系统中，全部信号都是连续的模拟量，如图1所示。
在此系统中，输入信号、反馈信号、偏差信号以及其放大、校正都是连续的模拟量。
电信号可以是直流量，也可以是交流量。
直流量和交流量相互转换可以通过调制器或解调器完成。
模拟伺服系统重复精度高，但分辨能力较低(绝对精度低)。
伺服系统的精度在很大程度上取决于检测装置的精度，而模拟式检测装置的精度一般低于数字式检测装置，所以模拟伺服系统分辨能力低于数字伺服系统。
另外模拟伺服系统中微小信号容易受到噪声和零漂的影响，因此当输入信号接近或小于输入端的噪声和零漂时，就不能进行有效的控制了。
图1 模拟伺服系统方块图数字伺服系统在数字伺服系统中，全部信号或部分信号是离散参量。
因此数字伺服系统又分为数字伺服系统和数字—模拟伺服系统两种。
在全数字伺服系统中，动力元件必须能够接收数字信号，可采用数字阀或电液步进马达。
数字模拟混合式伺服系统如2所示。
数控装置发出的指令脉冲与反馈脉冲相比较后产生数字偏差，经数模转化器把信号变为模拟偏差电压，后面的动力部分不变，仍是模拟元件。
系统输出通过数字检测器(即模数转换器)变为反馈脉冲信号。
图2 数字伺服系统方块图数字伺服系统有很高的绝对精度，受模拟量的噪声和零漂的影响很小。
当要求较高的绝对精度，而不是重复精度时，常采用数字模拟系统。
从经济性可靠性方面来看，简单的伺服系统采用采用模拟型控制为宜。
系统特点及使用场合电液伺服系统综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点。
因此，在负载质量大又要求响应速度快的场合最为适合，其应用已遍及国民经济的各个领域，比如飞机与船舶舵机的控制、雷达与火炮的控制、机床工作台的位置控制、板带轧机的板厚控制、电炉冶炼的电极位置控制、各种飞机车里的模拟台的控制、发电机转速的控制、材料试验机及其他实验机的压力控制等等。
液压伺服系统概述
第11章液压伺服系统概述液压伺服控制技术是液压技术中的一个分支，又是控制领域中的一个重要组成部分。
一、液压伺服系统的发展历史在第一次世界大战前，液压伺服系统作为海军舰船的操舵装置已开始应用。
在第二次世界大战期间及以后，由于军事需要，特别是武器和飞行器控制系统的需要，以及液压伺服系统本身具有响应快、精度高、功率一重量比大等优点，液压伺服系统的理论研究和实际应用取得了很大的进展，40年代开始了滑阀特性和液压伺服理论的研究，1940年底，首先在飞机上出现了电液伺服系统。
但该系统中的滑阀由伺服电机驱动，只作为电液转换器。
由于伺服电机惯量大,使电液转换器成为系统中耗时最大的环节，限制了电液伺服系统的响应速度。
到50年代初，出现了快速响应的永磁力矩马达，形成了电液伺服阀的雏形。
到50年代末，又出现了以喷嘴挡板阀作为第一级的电液伺服阀，进一步提高了伺服阀的快速性。
60年代，各种结构的电液伺服阀相继出现，特别是干式力矩马达的出现，使得电液伺服阀的性能日趋完善。
由于电液伺服阀和电子技术的发展，使电液伺服系统得到了迅速的发展。
随着加工能力的提高和液压伺服阀工艺性的改善，使液压伺服阀性能提高、价格降低。
使液压伺服系统由军事向一般工业领域推广。
目前，液压伺服控制系统，特别是电液伺服系统已成了武器自动化和工业自动化的一个重要方面。
二、液压伺服系统的工作原理液压伺服控制系统是以液压伺服阀和液压执行元件为主要元件组成的控制系统，是一种高精度的自动控制系统。
如图所示，系统由滑阀1和液压缸2组成，阀体与缸体固定，液压泵以恒定的压力P向系统供油。
当阀心处于中间时，阀口关闭，缸不动，系统静止。
当阀心右移x，则a、b处有开口x v=x,压力油进入缸右腔，左腔回油，缸体右移。
由于缸体与阀体刚性固连，阀体也随缸体一起右移，结果使阀的开口x v减小。
当缸体位移y等于阀心位移x时，缸不动。
如果阀心不断右移，缸拖动负载不停右移。
如果阀心反向运动，液压缸也反向运动。
浅谈电液控制技术的研究现状与发展趋势
浅谈电液控制技术的研究现状与发展趋势摘要：液压控制系统是在液压传动系统和自动控制技术与理论控制的基础上发展起来的，它包括机械-液压控制系统，电气-液压控制系统和气动-液压控制系统等多种类型。
电液控制系统是电气-液压控制系统的简称，是指以电液伺服阀，电液比例阀或数字控制阀作为电液控制元件的阀控液压系统和以电液伺服或比例变量泵为动力元件的泵控液压系统，它是液压控制中的主流系统。
关键词：液压控制自动控制研究现状发展趋势一、背景电液控制技术是液压技术的一个重要分支，主要表现为电液伺服控制技术和电液比例控制技术。
液压控制技术的快速发展始于18世纪欧洲工业革命时期，在此期间，包括液压阀在内的多种液压机械装置得到很好的开发和利用。
19 世纪初液压技术取得了一些重大的进展，其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等[2] 。
第二次世界大战期间及战后，电液技术的发展加快，主要是为了满足军事装备的需求。
到了20世纪50～60 年代，电液元件和技术达到了发展的高峰期，电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手，特别是在航空航天上的应用。
50至60年代早期，电液控制技术在非军事工业中得到了越来越多的应用，最主要的是机床工业，其次是工程机械。
在以后几十年中，电液控制技术的工业应用又进一步扩展到工业机器人控制、塑料加工、地质和矿藏探测、燃气或蒸汽涡轮控制及可移动设备的自动化等领域。
70年代，随着集成电路的问世及其后微处理器的诞生，基于集成电路的控制电子器件和装置广泛应用于电液控制技术领域。
二、相关技术电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。
最常见的有电液位置伺服系统、电液力（或力矩）控制系统。
液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用,其相关技术如下：1.电液比例控制技术电液比例控制技术是适应开发一种可靠、价廉、控制精度和响应特性均能满足工程技术实际需要的电液控制技术的要求，从60 年代末迅速发展起来的[7] 。
电液伺服系统的性能分析与优化设计
电液伺服系统的性能分析与优化设计电液伺服系统是一种应用广泛的控制系统，广泛应用于工业自动化、航天航空、机械制造等领域。
本文将对电液伺服系统的性能进行分析，并提出优化设计的方法。
首先，我们来看电液伺服系统的基本组成。
它由液压执行器、电液传动装置、控制器和传感器组成。
液压执行器负责将电能转化为机械能，电液传动装置通过液压介质传递能量，控制器根据传感器的反馈信号调节系统的输出。
电液伺服系统的性能指标主要包括响应速度、稳定性和精度。
响应速度是指系统对输入信号的快速响应能力，通常用调整时间和超调量来衡量。
稳定性是指系统在工作过程中能够保持稳定的输出。
精度是指系统输出与给定值之间的偏差。
对于电液伺服系统的性能分析，我们首先要考虑的是系统的动态响应。
在设计过程中，通过对系统进行数学建模，并利用控制理论和方法来分析系统的频率响应和传递函数。
通过对系统的闭环传递函数进行稳定性分析，可以确定系统的闭环稳定区域，并设计合适的控制器来保持稳定。
其次，要考虑电液伺服系统的稳定性问题。
在控制系统的设计中，我们通常使用根轨迹和Bode图等方法来分析系统的稳定性。
根轨迹是由系统的传递函数所决定的，它描述了系统在不同参数下的闭环稳定性特性。
Bode图则提供了系统的幅频响应和相频响应。
最后，我们要关注电液伺服系统的精度。
在实际应用中，由于系统的非线性因素和环境干扰，系统的输出往往与给定值之间会存在一定的误差。
为了提高系统的精度，可以采用补偿措施，例如使用预测控制、模糊控制等方法。
针对电液伺服系统的性能分析，我们可以提出一些优化设计的方法。
首先，对系统的动态特性进行仿真分析，通过调整系统的参数来优化系统的动态响应。
其次，合理选择传感器和控制器，以提高系统的稳定性。
最后，对系统的非线性因素进行建模与补偿，以提高系统的精度。
总之，电液伺服系统的性能分析和优化设计是一个复杂而关键的过程。
通过对系统的动态响应、稳定性和精度进行分析和优化，可以提高系统的控制精度和效率。
电磁直驱式大规格电液伺服阀的研究现状和发展趋势
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｔ ｔ ｎ ｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｒ ｎｄ ｏ ａ ｇ ａ ｇ ｌｃ ｒ ｍ ａ ｎ ｔｃ ｓ ａ ｃ ｓ ａ ｕｓ ａ ｄ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎｔｔ ｅ ｆｌ ｒ ｅ ｇ ｕ ｅ ｅｅ ｔ ｏ ｇ ｅ ｉ
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２ １ ． ０ ２Ｎ０３
重 型 机 械
・１ ・ ７
电磁 直 驱式 大规 格 电液伺 服 阀 的 研 究 现 状 和 发展 趋 势
李 磊 ，赵升吨 ，范淑琴
西安 ７ ０４ ） １０ ９ （ 西安交通大学机械工程学 院，陕西
电液控制技术现状及发展趋势
收稿日期:2006Ο01Ο18作者简介:赵建军(1963-),男,山西柳林人,高级工程师,从事设备大修及产品开发工作。
问题探讨电液控制技术现状及发展趋势赵建军(煤炭科学研究总院太原分院,山西太原 030006)摘 要:将近代电液控制与过去电液控制作了对比,并就近代电液控制的几种类型及先进性作了阐述,分析了电液控制系统未来的发展趋势。
关键词:电液控制;集成化;智能化;P I D 控制;神经网络控制;电流变液中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:1005Ο2798(2006)03Ο0055Ο03 流体传动技术主要包括利用流体(液体和气体)压力和流体动能进行能量传递的液压气动和液力传动技术。
很多自动化生产工序,如机床、工程机械、汽车、矿山机械等不用液压元件和系统是难以实现的。
随着传感技术、数字开环及闭环控制系统的出现,液压传动已经发展成今天的电液传动技术,基础元件的动态特性和精度取得了极大的改进。
如阀、变量泵、传感器和使用高效的数字集成电路,使闭环控制在动态特性和静态精度上显示出极大优势。
50年代左右,以反馈控制为主体的基于经典控制理论的电液伺服系统得到快速发展,为工程控制提供了精度高、响应快、大功率的技术手段。
70年代末期,以可靠、价廉、节能、易维护并具有相当高精度和动态响应特点为标志的电液比例控制技术迅速崛起。
80年代以来,比例元件的设计原理进一步完善,采用了多种形式的内反馈、动态反馈及电校正等手段,使阀的精度、响应、稳定性都得到了大幅度提高,稳态滞环减小到3%左右,工作频宽可达25Hz 。
近年来,计算机的飞速发展带来了控制领域的革命,出现了采用高速开关阀和步进电机拖动的数字式元件,以及以此为基础的脉宽调制(P WM )型电液控制系统和数字增量控制(I D C )型电液控制系统。
它们从抗干扰性和适应复杂环境的能力以及控制方式、控制策略上与传统的电液控制系统有着显著不同,可以称之为近代电液伺服控制。
电液伺服阀的应用及发展趋势资料
电液伺服阀的应用及发展趋势摘要：电液伺服阀是电液伺服控制系统中的重要控制元件，在系统中起着电业转换和功率放大作用。
具体地说，系统工作时，他直接接收系统传递来的电信号，并把电信号转换成具有相应极性的、成比例的、能够控制电液伺服阀的负载流量或负载压力的信号，从而使系统输出较大的液压功率，用以驱动相应的执行机构。
电液伺服阀的性能和可靠性可以直接影响系统的性能和可靠性，是电液伺服控制系统中引人注目的关键元件。
关键字：电液伺服阀；现状；发展趋势；应用；展望引言：电液伺服阀是一种变电气信号为液压信号以实现流量或压力控制的转换装置。
它充分发挥了电气信号传递快、线路连接方便，适于远距离控制，易于测量、比较和校正的有点，和液压输出力大、惯性小、反应快的优点。
这两者的结合使电液伺服阀成为一种反应灵活、精度高、快速性好、输出功率大的控制元件。
[1]一、电液伺服阀研究现状群控系统(DNC)和柔性制造系统(FMS)等新工艺装备的使用，计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助测试(CAT)的广泛应用，为我们进一步简化伺服阀结构，完善设计，降低工艺制造成本和管理费用，提高产品性能，稳定产品质量，增加产品可靠性和延长使用寿命创造了极其有利的条件。
1、伺服阀的结构改进(1)在电液伺服阀的部分结构上，主要从余度技术、结构优化和材料的更替等方面进行改造，以提高相关性能。
采用三余度技术的电液伺服作动系统[1]将伺服阀的力矩马达、喷嘴挡板阀、系统的反馈元件等做成一式三份，若伺服阀线圈有一路断开，而系统仍能够正常工作，且有系统动态品质性能基本不变，从而提高了伺服作动系统的可靠性和容错能力。
在结构的改进上，针对阀出现的故障提出改进措施，进行结构优化，以满足其相关性能的要求。
从材料方面考虑，阀的某些元件采用了强度、塑性、韧性、硬度等机械性能优良的材料，既可以减少故障，又让阀具备良好的动态性能。
(2)从阀芯和阀套磨配加工工艺的改进上，采用不同的磨配原理，如磁力研磨法等原理来提高阀的工作性能。
电液伺服控制及其应用
第2章电液伺服控制技术及应用电液伺服系统是一种采用电液伺服机构，根据液压传动原理建立起来的自动控制系统。
在这种系统中，执行元件的运动随着控制信号的改变而改变。
2.1 电液伺服阀伺服阀通过改变输入信号，连续的、成比例地控制液压系统的流量或压力。
电液伺服阀输入信号功率很小(通常仅有几十毫瓦)，功率放大系数高；能够对输出流量和压力进行连续双向控制。
其突出特点是：体积小、结构紧凑、直线性好、动态响应好、死区小、精度高，符合高精度伺服控制系统的要求。
电液伺服阀是现代电液控制系统中的关键部件，它能用于诸如位置控制、速度控制、加速度控制、力控制等各方面。
因此，伺服阀在各种工业自动控制系统中得到了越来越多的应用。
2.1.1 工作原理及组成1 基本组成与控制机理电液伺服阀是一种自动控制阀，它既是电液转换组件，又是功率放大组件，其功用是将小功率的模拟量电信号输入转换为随电信号大小和极性变化、且快速响应的大功率液压能[流量(或)和压力]输出，从而实现对液压执行器位移(或转速)、速度(或角速度)、加速度(或角加速度)和力(或转矩)的控制。
电液伺服阀通常是由电气一机械转换器、液压放大器(先导级阀和功率级主阀)和检测反馈机构组成的(见图2-1)。
图2-1 电液伺服阀的组成2 电气—机械转换器电气—机械转换器包括电流—力转换和力—位移转换两个功能。
典型的电气—机械转换器为力马达或力矩马达。
力马达是一种直线运动电气一机械转换器，而力矩马达则是旋转运动的电气—机械转换器。
力马达和力矩马达的功用是将输入的控制电流信号转换为与电流成比例的输出力或力矩，再经弹性组件(弹簧管、弹簧片等)转换为驱动先导级阀运动的直线位移或转角，使先导级阀定位、回零。
通常力马达的输入电流为150～300mA，输出力为3～5N。
力矩马达的输入电流为10~30mA，输出力矩为0.02～0.06N·m。
伺服阀中所用的电气一机械转换器有动圈式和动铁式两种结构。
电液控制-电液伺服系统
3、压力反馈和动压反馈校正
三、电液速度控制系统
四、电液力控制系统
电液控制
第5章 电液伺服系统
一、电液伺服系统概述
1、电液伺服系统的特点、应用
2、电液伺服系统的组成
3、电液伺服系统的类型
二、电液位置伺服系统的分析
自整角机： 相敏放大器： 伺服放大器： 伺服阀：
阀控液压马达：
齿轮减速箱传动比：
系统开环传函求得为：
§系统的稳定性分析
简化方框图为：
系统稳定性条件为：
稳态误差为
2、负载干扰力矩引起的稳态误差 系统对外负载力矩的误差传递函数：
稳态误差为
3、零漂和死区等引起的稳态误差
静摩擦力矩折算到伺服阀输入端的死区电流为： 电液伺服阀的零漂和死区所引起的位置误差： 设总的零漂和死区电流为Σ△I，则总的静态位置误差为：
§电液伺服系统的校正
1、滞后校正
2、速度与加速度的反馈校正
Kv 2hh
为了保证系统稳定可靠地工作，具有满意的性能指标， 一般要求： 相位裕量
30o 60o
，ห้องสมุดไป่ตู้进行分析设计
增益裕量大于 20lg Kg 6dB
§系统的响应特性分析
对指令输入的闭环频率响应：
对负载力矩的闭环频率响应：
即闭环柔度特性
即闭环刚度特性
§系统的稳态误差分析
1、指令输入引起的稳态误差 系统对指令输入的误差传递函数：