液压比例与伺服控制

第一章液压伺服系统

液压伺服系统的工作原理：液压伺服控制的基本原理是：“液压液体动力的反馈控制”。在这个系统中，以微弱的输入和反馈连接得到的偏差信号，通过液压伺服元件的功率放大作用去控制进入系统的液压能源的大小，使系统的输出能够自动地、快速而精确地复现输入量的变化规律。

液压伺服系统的静态特性：是指在平衡状态下所能保证的灵敏度和工作精度。

分类：按液压控制元件分：1电液比例控制系统，2液压伺服控制系统。

按被控物理量分：1位置控制，2速度控制，3力控制系统，4压力控制系统，5其他控制系统

按动力元件类型分：1阀控液压缸，2阀控液压马达，3泵控液压缸，4泵控液压马达

阀控优点：响应速度快，控制精度高，结构简单。缺点：效率低

泵控优点；效率高。缺点：响应速度慢，结构复杂

按系统控制方式：开环和闭环系统

液压伺服系统的动态特性是指：液伺服系统在稳定状态下对正弦信号的输出

需要建立以下方程：•（1）受力平衡方程•（2）流量平衡方程•（3）压力平衡方程•（3）能量平衡方程液压伺服系统在工作过程中，具有以下特点：

（1）液压伺服系统是一个闭环负反馈系统

（2）液压伺服系统是通过偏差来控制机构的动作。

（3）液压伺服系统是一个力或功率的放大系统

第二章液压放大元件

液压放大元件定义:液压放大元件也称液压放大器，是一种以机械运动来控制流体动力的元件。在液压伺服系

统中，它将输入的机械信号(位移或转角)转换为液压信号(流量、压力)输出，并进行功率放大。

放大元件结构与分类：

1、圆柱滑阀分类（控制性能好）A按进出口通道数分：四通阀、三通阀、二通阀。B按节流工作边数分：四边阀、双边阀、单边阀C按阀预开口形式分：负开口（优点：密封性好，结构简单。缺点：由于流量增益又死区，故影响系统稳态误差）、零开口（优：有线性流量增益，缺：加工制造困难）、正开口（开口范围内流量增益大，超出正开口范围，增益降低;灵位压力灵敏度低，泄漏量大，功率损耗大）D按阀芯阀套节流窗口形状分：矩形（窗口面积与阀芯位移成正比，有线性流量增益）、圆形、三角形E按阀芯凸肩数目分：二凸肩、三凸肩、四凸肩

2、喷嘴挡板阀优：制造成本低，移动部件挡板的惯量小，响应速度高。缺：零位泄漏大

3、射流式控制阀优：清洁度要求不高，抗污能力强，可靠性强。缺：压力过高容易震动，性能不易预测，容

易产生故障

阀的性化和阀系数：

1、阀流量增益Kq：表示负载压降一定时，单位负载压降增加引起负载流量的变化的大小。（越大越灵敏）

2、流量—压力系数Kc：表示阀开度一定时，单位负载压降引起的负载流量的变化的大小。（影响稳定性）

3、阀的压力增益Kp：指Q=0时单位阀位移引起的负载压力变化大小。（阀对负载的控制能力）

4、Kp=Kq/Kc

5、线性化流量方程：Δql=Kq*ΔXv—Kc*Δpl （零位工作点稳定性最差，增益量最大）

6、理想滑阀:径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。

单喷嘴挡板阀工作原理：单喷嘴挡板阀实际是三通阀，只有一条负载通道，控制控制腔，有杆腔与控制腔比较，控制缸的双向运动。当挡板与喷嘴的间隙间小时，由于可变液阻增大，使控制压力Pc增大，

Pc*Ah > Ps*Ar时，液压缸向上运动。当挡板与喷嘴间的间隙增大时，由于可变液阻增小，使控制压力Pc减小，Pc*Ah < Ps*Ar时，液压缸向下运动。

第三章液压动力元件

液压动力元件：由液压控制元件和也压执行元件组成。

控制方式：可以是液压控制阀，也可以是伺服变量泵

分类：1阀控液压缸，2阀控液压马达，3泵控液压缸，4泵控液压马达

提高固有频率Wh措施：a,增大液压缸作用面积Ap；b、减少总压缩容积Vt；c、提高油液等效体积弹性模量βe; d、减少活塞上的总等效质量Mt。

提高阻尼比措施： a、采用正开口阀；b、设置旁路泄露通道。C、增大负载粘性阻尼。

负载匹配定义：根据负载轨迹来进行负载匹配时，只要使动力元件的输出持性曲线能够包围负载轨迹，同时使输出特性曲线与负载轨迹之间的区域尽量小，便认为液压动力元件与负载相匹配。

最佳负载匹配：元件最大输出功率点与负载最大功率点重合，功率得到充分利用，效率高，且阀的流量增益和系统赠增益下降不多。这种匹配兼顾效率和性能各方面要求，认为是最佳匹配。

何谓液压弹簧刚度？为什么要把液压弹簧刚度理解为动态刚度？

答：液压弹簧刚度，它是液压缸两腔完全封闭由于液体的压缩性所形成的液压弹簧的刚度。因为液压弹簧刚度是在液压缸两腔完全封闭的情况下推导出来的，实际上由于阀的开度和液压缸的泄露的影响，液压缸不可能完全封

闭，因此在稳态下这个弹簧刚度是不存在的。但在动态时，在一定的频率范围内泄露来不及起作用，相当于一种封闭状态，因此液压弹簧刚度应理解为动态刚度。

第四章电液伺服阀

电液伺服阀组成：力矩马、液压放大元件、反馈机构

分类：1、按放大级数分：单级、二级、三级电液伺服阀。

2、按前置第一级结构：单喷嘴挡板式、双喷嘴挡板阀式、射流管阀式、射流偏转板式、滑阀式。

3、按主阀反馈量：滑阀位置反馈、负载流量反馈、负载压力反馈

4、按电机械转换元件：动铁式力矩马达、动圈式力马达

5、输出液压信号的不同：电液伺服阀电液流量控制伺服阀和比例流量阀和电液压力控制伺服阀两大类。

伺服放大器功能：1、将电压转换为电流；2、功率放大；3、信号隔离功能

电液伺服阀静态特性：1、负载流量特性2、空载流量特性3、压力特性4、内泄漏特性5、零漂

永磁动铁式力矩马达工作原理：当放大器有信号输入时，产生差动电流，进而产生控制磁通。当1、3合成磁通大于2、4时，衔铁上产生顺时针方向I电磁力矩，使衔铁绕扭轴顺时针转动。当扭轴的反转转矩、负载转矩与电磁转矩平衡时，衔铁停止转动。如果信号电流反向，则电磁力矩也反向。在转角不大时，产生的电磁力矩的大小与信号电流大小成正比，方向由信号电流方向决定。

永磁动圈式力马达原理：力马达的可动线圈悬置于作气隙中，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。

线圈接法 a、单线圈接法：可以减小电感的影响；b、串联接法：额定电流和电控功率小，但易受电源电压变动的影响。C、并联接法：电控功率小，工作可靠性高，但易受电源电压变动影响。d、差动接法：不易受电子放大器和电源电压变动的影响，可靠性高。

第五章电液伺服控制系统

滞后校正作用：是通过提高低频段增益，减小系统的稳态误差，或者在保证系统稳态精度的条件下，通过降低系统高频段的增益，以保证系统的稳定性。2、速度反馈校正作用：提高回路的刚度，减少速度反馈回路的内、外干扰和费线性的影响提高系统的静态精度3、速度和加速度反馈校正作用：同时提高系统的动态性能和静态性能。4、压力反馈校正作用：提高系统的阻尼比，但会降低系统的静态刚度。5、动压反馈校正作用：提高系统的阻尼比，且不会降低系统的静态刚度。

第六章电液比例控制阀和放大器

比例放大器：是一个能够对弱电的控制信号进行整形、运算和功率放大的电子控制装置。

电路组成：整流电路，滤波电路，稳压器，分压器。

比例控制放大器：是一种专用的电子装置，用来对比例阀的控制电磁铁提供特定波形的控制电流，并对整个比例阀或系统进行开环或闭环控制。

电液比例控制阀分类：比例压力阀、比例流量阀、比例方向阀

2、比例电磁铁基本结构：控制线圈、倒磁体、衔铁、推杆。原理略

3、比例电磁铁三种控制类型：力控制型、行程控制型、耐高压双向极化型比例电磁铁

电液比例控制压力阀：1、功能：溢流阀(调压、作安全阀、卸荷)；比例溢流阀（无极调压、卸荷）

原理：输入一I，产生一电磁力，作用于阀芯上，得到一控制压力，其p∝I，I变化，p也变化。电液比例流量阀分为位置直接反馈，位移—力反馈，位移—电反馈

原理：通过电液比例技术控制阀芯的运动，根据输入信号的大小控制阀口的大小，从而控制流量的

大小。能实现连续控制，比普通流量阀性能有很大提升。作用：调节流量。

电液比例与伺服控制# 教科书：

p88、89、90、91、93、94*（双喷嘴）

《液压伺服控制系统》（修订本）王春行编

P165、166、167*(流量反馈)、168