电液控制课件

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2.3 零开口四边滑阀的静态特性
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2.3 零开口四边滑阀的静态特性
一、对于理想零开口四
边滑阀的静态特性
K q q L C dW ( p s p L ) (其中 W 是面积梯度 )
xV
C dWx V 1 ( ps pL)
Kc qL
( 零开口认为后项为
pL
2( ps pL)
x x V 0
V xV 0
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2.5 双边滑阀的静态特性（续）
对于正开口，设定正开
口量为 U ：
K q0 qL 2C dW ps
xV
K c0 qL 2 C dWx V ps ps
pc 0
Kp0 pc ps xV 0 U
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2.6 滑阀受力分析
主要考虑滑阀受到 的液动力，分为稳 态液动力与瞬态液 动力。稳态液动力 与滑阀开口量成正 比，瞬态液动力与 滑阀开口量变化率 成正比。
芯位移xv三者之间的关系： qL f ( pL, xV)
它表示滑阀的工作能和力性能，对液压伺服统系 的静、动态特性计算有具重要意义
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2.2 滑阀静态特性的一般分析(续)
下图中 p为油液压力， q为油液流量，其中 ps为供油压力 , p 0 0, pL为负载压降， pi(1,2, 3,4)为通过每一阀肩的压降 qs为供油流量， qL为负载流量， qi(1,2,3,4)为 通过每一阀肩的流量
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2.6 滑阀受力分析（续）
由于射流角θ<90度，所以稳态液动 力的方向总是指向使阀口关闭的方向。 △p一定时，稳态液动力与阀的开口量 成正比——弹性力
实际的阀受径向间隙和工作圆边的影 响，使过流面积增大，射流角减小， 从而使稳态液动力增大。
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2.6 滑阀受力分析（续）
(二)、零开口四边滑阀的稳态液动力 Fs 0.43WpxV,其中每个阀口的压降为 p ps pL ,所以Fs 0.43W( ps pL)xV
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1.4 液压伺服控制的发展和应用
液压伺服控制是一门新兴的科学技术，是 液压技术的一个分支，也是控制领域的一个分支。
在武器自动化和工业自动化应用的较多。而 今，凡是需要大功率、快速、精确反应的控制系 统，都可以应用液压伺服控制技术
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第二章 液压放大元件
也称为液压放大器，是一种以机械运动来控制流 体动力的的元件。在液压伺服系统中，它将输入 的机械信号（位移、转角）转换为液压信号（流 量、压力）输出，并进行功率放大。因此，它既 是一种能量转换元件，也是一种功率放大元件。 包括滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀。
在此，定义阀的三个系 数：
流量增益定义为 Kq qL ,是流量特性曲线某一点 的 xV
切线的斜率，— —负载流量控制的灵敏 度
流量－压力系数 Kc qL ,是流量－压力特性曲线 pL
切线冠以负号， Kc越小，刚度越大，抵抗 负载变化的能力大
qL
压力增益 Kp
pL , Kp xV
K（ q 因为 pL
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另一方面，该系统移动阀芯所需的信号功 率很小，而系统的输出功率可以很大，故 也是一个功率放大装置。液压能的控制是 靠偏差的大小控制的，因此伺服系统也是 一个控制液压能源输出的装置
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上图中输出量为位移，故可称为位置伺服控制 系统。 该系统中，输入信号与反馈信号都是由机械构 件完成的，故也称为机械液压伺服控制系统。 液压元件为滑阀——节流原理工作，故也称 为节流式或者阀控式液压伺服系统。
电液控制工程
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本课程教学内容与学时分配
绪论 液压放大元件 液压动力机构 机液伺服系统 电液伺服阀 电液伺服系统 伺服阀的性能实验
（4h） （10h） （8h） （2h） （8h） （6h） （2h）
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参考书目
王春行主编·《液压控制系统》·北京：机械工业 出版社，2002 关景泰·《机电液控制技术》同济大学出版社 H·E·梅里特著·陈燕庆译·《液压控制系统》·北京： 科学出版社，1976 李洪仁著·《液压控制系统》·北京：国防工业出 版社，1981 刘长年著·《液压伺服系统的分析与设计》·北京： 科学出版社，1985
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1.2 液压伺服控制的分类(续) 4 按信号传递介质的形式分类
机械液压伺服系统——输入信号、反馈信 号、比较均用机械部件实现 电气液压伺服系统——均用电子元件实现 气动液压伺服系统——气动元件实现
灵活性、可靠性、维护性、结构复杂性
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1.3 液压伺服控制的优缺点 1 优点 a. 液压元件的功率－重量比和力矩－惯量
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2.6 滑阀受力分析（续）
液流经过阀口时。由于流动方向和流速的改 变，阀芯上会受到附加的作用力。在阀口开度 一定的稳定流动情况下，液动力为稳态液动 力。当阀口开度发生变化时，还有瞬态液动力 作用。稳态液动力可分为轴向分力和径向分 力。由于一般将阀体的油腔对称的设置在阀芯 的周围，因此沿阀芯的径向分力互相抵消了， 只剩下沿阀芯轴线方向的稳态液动力。
阀芯与阀套间的径 向间隙
Kc0 qc rc 2W ps ps rc 2W ;
ps 32
32
32 Cd ps
Kp0 Kq0 Kc0
rc 2
油液的动力粘度
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2.4 正开口四边滑阀的静态特性
在 0位时，即 xV pL qL 0时，三系数为：
Kq0 2CdW ps (是理想零开口的 2倍)
CdWU ps
Kc0
(其中 U为正开口量 )
ps
正开口量
Kp0 Kq0.5 双边滑阀的静态特性
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2.5 双边滑阀的静态特性
g称为节流口的液导gi CdAi 2 ,
qi gi pi 分xV 0和xV 0分析 图中pc 1 ps,要求面积满足一定的系关
2
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比（或力－质量比）大——体积小，重 量轻，加速度性好 b. 液压动力元件快速性好，系统响应快 c. 液压伺服系统抗负载的刚度大
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1.3 液压伺服控制的优缺点(续)
2 缺点 a. 抗污染能力差，对工作油液的清洁度高 b. 油液的体积弹性模量随油温和混入的空
气含量而变化 c. 密封不当，容易引起外漏，造成环境污染 d. 精度要求高，成本高 e. 液压能源获得与远距离传输不如电气系统
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2.2 滑阀静态特性的一般分析(续)
这里有以下公式：g称为节流口的液导 gi CdAi 2 ,其中Cd为阀节流口流量系数，
为液体密度，i为节流口开口面积，是
阀芯位移xv的函数, 假定阀是匹配与对称的。 g为节流口液导；qi gi pi
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一、压力－流量－方程一般表达式
负载流量为：
Kp pL 2( ps pL)
xV
xV
所以在 0 位时，即 x V p L q L 0时，三系数为：
K q 0 C dW p s ; K c 0 0 ; K p 0
0)
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二、实际零开口四边滑阀的静态特性
在0位时，即 xV pL qL 0时，三系数为：
Kq0 CdW ps ;
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1.2 液压伺服控制的分类
1 按系统输入信号的变化规律分
定值控制系统——输入信号为定值 程序控制系统——输入信号按给定的规律变化 伺服控制系统——输出量能够准确、快速地复
现输入量的变化规律
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1.2 液压伺服控制的分类(续) 2 按被控物理量的名称不同分
位置伺服控制系统 速度伺服控制系统 力控制系统 其它物理量的控制系统
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电液伺服阀作为液压控制元件 阀控式电液位置伺服系统
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变量泵
液压马达
泵控式电液速度控制系统原理图
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系统中，内部控制回路可以是闭合的也可以不 是闭合的。当是闭合时，消除了液压泵变量液压 缸的积分作用，使前置级不再带有积分环节，整 个系统成为0型系统。 不是闭合时，整个系统即为1型系统。在控制回 路闭合情况下，将速度指令改为位置指令，测 速电机改为位置传感器，就成为泵控式电液位置 伺服系统。
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输出位移能够自动地、快速而准确地复现 输入的位移变化。 原因：阀体与液压缸缸体刚性的连接在一起，构 成了负反馈闭环控制系统。液压缸的输出位移能 够连续不断的反馈到阀体上，与滑阀阀芯的输入 位移相比较，得出两者之间的偏差，这个偏差就 是开口量。有开口量就有压力油输入到液压缸， 驱动液压缸运动（减小偏差），直到输入位移与 输出位移相一致为止。——系统靠偏差来工作的。
qL CdA2 1 ( ps pL) CdA1 1 ps pL
供油流量为：
qs CdA2 1 ( ps pL) CdA1 1 ps pL
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二、滑阀的静态特性曲线
滑阀的静态特性可以用静态特性曲线表达
流量特性曲qL线 f， (xV)即 ,pL C0 压力特性曲pL线 f， (xV)即 ,qL C0 压力－流量特即 性 qL曲f(线 pL),x， V x0
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2.6 滑阀受力分析（续）
(一)、稳态液动力
Fs F1 qvcosv CV 2 p
q CdWxV 2 p,所以Fs 2CVCdWxVpcos KfxV
对于理想情况， 69o,CV 0.98,Cd 0.61,得
Fs 0.43WpxV KfxV, Kf 0.43Wp(稳态液动力刚度)
Kc
xV
xV
qL )
pL
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三、阀的线性化分析（续）
qL KqxV KcpL,三系数在确定系统的定稳性、响 应特性和稳态误差时常非重要。流量增K益 q直接影响 系统开环增益，因而系对统的稳定性、响应性特、稳 态误差有直接的影响流；量－压力系K数c直接影响阀 控执行元件的阻尼比速与度刚度；压力增Kp益表示阀控 执行元件组合起动负的载能力。通常在系统析分时 是以原点为静态放大数系为阀的性能参K数 q0, Kc0, Kp0。
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1.1 伺服控制系统的工作原理及组成(续)
1 输入元件——电位器、计算机等 2 反馈测量元件——各种传感器 3 比较元件 ——给出偏差信号 4 放大转换元件——（机）电液伺服阀 5 执行元件——液压缸、液压马达 6 控制对象——负载
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反 馈 测 量 元 件
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放 大 转 换 元 件
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执 行 元 件
结构型式、工作原理、静态特性、设计准则
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2.1 圆柱滑阀的结构型式及分类
阀是液压伺服系统中的一种主要控制元 件，它的静态、动态特性对液压伺服系统 有很大的影响。结构简单、单位体积输出 功率大、工作可靠、动态特性好是其优 点。
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2.1 圆柱滑阀的结构型式及分类(续)
1 按进出阀的通道数划分 四通阀、三通阀、二通阀
2.5 双边滑阀的静态特性
分为零开口与正开口之
分 , 对于 0 开口：
2 q L C d Wx V ( p s p c )
p c 1 p s , 所以 : K q 0 C d W p s
2
K c 0 q L C d Wx V p s p s
0
pc 0
xV 0
Kp0 pc ps
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第一章 绪论
1.1 伺服控制系统的工作原理及组成
液压伺服控制系统是以液压动力元件作驱动装置 所组成的反馈控制系统。在这种系统中，输出量 （位移、速度、力等）能够自动地、快速而准确 地复现输入量的变化规律，与此同时，还对输入 信号进行功率放大，因此也是一个功率放大装置。
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三、阀的线性化分析
qL f (xV, pL)在某一特定的工q作 LA 点f (xVA, pLA)
附近展开成台劳q级 L 数 qLA qL xV qL pL
xV A
pL A
如果把工作点A定附在近，则高阶无穷以小忽可略
qL qLA qL xV qL pL
xV A
pL A
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三、阀的线性化分析（续）
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1.2 液压伺服控制的分类(续)
3 按液压动力元件的控制方式或元件的形式分
液压伺 节 服流 系 容式 统 积控 式 制 控 伺 — （ 制 服 阀阀 — 变 控控 量 缸式 泵 或 系 ） 或 阀 统 系 变 控统 量 液
阀控：响应速度快、控制精度高、结构简单，但效率低 泵控：效率高，响应速度较慢，结构复杂，操作变量机构所 需力较大，需专门的操作机构 阀控系统分为 恒压伺服系统与恒流伺服系统
2 按滑阀的工作边数划分 四边滑阀、双边滑阀及单边滑阀
3 按滑阀的预开口形式划分 正开口（负重叠）、零开口（零重叠）
负开口（正重叠） 4 按阀套窗口形状划分（矩形、圆形、三角形） 5 按阀芯的凸肩数目划分（二、三、四凸肩滑阀）
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2.2 滑阀静态特性的一般分析
滑阀的静态特性即压－力流量特性，是指稳态 情况下，阀的负载流qL量 、负载压力pL和滑阀