液压伺服系统(DOC)
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。
液压伺服系统工作原理
液压伺服体系工作道理1.1 液压伺服体系工作道理液压伺服体系以其响应速度快.负载刚度大.控制功率大等奇特的长处在工业控制中得到了广泛的应用.电液伺服体系经由过程应用电液伺服阀,将小功率的电旌旗灯号转换为大功率的液压动力,从而实现了一些重型机械装备的伺服控制.液压伺服体系是使体系的输出量,如位移.速度或力等,能主动地.快速而精确地追随输入量的变更而变更,与此同时,输出功率被大幅度地放大.液压伺服体系的工作道理可由图1来解释.图1所示为一个对管道流量进行中断控制的电液伺服体系.在大口径流体管道1中,阀板2的转角θ变更会产生撙节感化而起到调撙节量qT的感化.阀板迁移转变由液压缸带动齿轮.齿条来实现.这个体系的输入量是电位器5的给定值x i.对应给定值x i,有必定的电压输给放大器7,放大器将电压旌旗灯号转换为电流旌旗灯号加到伺服阀的电磁线圈上,使阀芯响应地产生必定的启齿量x v.阀启齿x v使液压油进入液压缸上腔,推进液压缸向下移动.液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱.液压缸的向下移动,使齿轮.齿条带动阀板产生偏转.同时,液压缸活塞杆也带动电位器6的触点下移x p.当x p所对应的电压与x i所对应的电压相等时,两电压之差为零.这时,放大器的输出电流亦为零,伺服阀封闭,液压缸带动的阀板停在响应的qT地位.图1 管道流量（或静压力）的电液伺服体系1—流体管道;2—阀板;3—齿轮.齿条;4—液压缸;5—给定电位器;6—流量传感电位器;7—放大器;8—电液伺服阀在控制体系中,将被控制对象的输出旌旗灯号回输到体系的输入端,并与给定值进行比较而形成误差旌旗灯号以产生对被控对象的控制造用,这种控制情势称之为反馈控制.反馈旌旗灯号与给定旌旗灯号符号相反,即老是形成差值,这种反馈称之为负反馈.用负反馈产生的误差旌旗灯号进行调节,是反馈控制的根本特点.而对图1所示的实例中,电位器6就是反馈装配,误差旌旗灯号就是给定旌旗灯号电压与反馈旌旗灯号电压在放大器输入端产生的△u.图2 给出对应图1实例的方框图.控制体系经常应用方框图暗示体系各元件之间的接洽.上图方框顶用文字暗示了各元件,后面将介绍方框图采取数学公式的表达情势.图2 伺服体系实例的方框图液压伺服体系的构成液压伺服体系的构成由上面举例可见,液压伺服体系是由以下一些根本元件构成;输入元件——将给定值加于体系的输入端的元件.该元件可所以机械的.电气的.液压的或者是其它的组合情势.反馈测量元件——测量体系的输出量并转换成反馈旌旗灯号的元件.各类类形的传感器经常应用作反馈测量元件.比较元件——将输入旌旗灯号与反馈旌旗灯号比拟较,得出误差旌旗灯号的元件.放大.能量转换元件——将误差旌旗灯号放大,并将各类情势的旌旗灯号转换成大功率的液压能量的元件.电气伺服放大器.电液伺服阀均属于此类元件;履行元件——将产生调节动作的液压能量加于控制对象上的元件,如液压缸或液压马达.控制对象——各类临盆装备,如机械工作台.刀架等.液压伺服数学模子2.1 数学模子为了对伺服体系进行定量研讨,应找出体系中各变量（物理量）之间的关系.不单要搞清晰其静态关系,还要知道其动态特点,即各物理量随时光而变更的进程.描写这些变量之间关系的数学表达式称之为数学模子.2.1.1 微分方程伺服体系的动态行动可用各变量及其各阶导数所构成的微分方程来描写.当微分方程各阶导数为零时,则变成暗示各变量间静态关系的代数方程.有了体系活动的微分方程就可知道体系各变量的静态和动态行动.该微分方程就是体系的数学模子.2.1.2 拉氏变换与传递函数拉氏变换全称为拉普拉斯变换.它是将时光域的原函数f（t）变换成复变量s域的象函数F（s）,将时光域的微分方程变换成s域的代数方程.再经由过程代数运算求出变量为s的代数方程解.最后经由过程拉氏反变换得到变量为t的原函数的解.数学大将时域原函数f（t）的拉氏变换界说为如下积分：而拉氏逆变换则记为现实应用中其实不须要对原函数一一作积分运算,与查对数表类似,查拉氏变换表（表1）即可求得.拉氏变换在解微分方程进程中有如下几共性质或定理：（1）线性性质设则有式中 B——随意率性常数.（2）迭加道理这一性质极为重要,它使我们可以不作拉氏逆变换就能预感体系的稳态行动.（6）初值定理微分方程表征了体系的动态特点,它在经由拉氏变换后生成了代数方程,仍然表征了体系的动态特点.假如所有肇端前提为零,设体系（或元件）输出y(t)的拉氏变换为Y（s）和输入x（t）的拉氏变换为X（s）,则经由代数运算得（1）G（s）为一个以s为变量的函数,我们称这个函数为体系（或元件）的传递函数.故体系（或元件）的动态特点也可用其传递函数来暗示.传递函数是经典控制理论中一个重要的概念.用常系数线性微分方程暗示的体系（或元件）,在初始前提为零的前提下,经拉氏变换后,微分方程中n阶的导数项响应地变换为s n项,而系数不变.即拉氏变换后所得代数方程为一系数与原微分方程雷同,以s n代替n阶导数的多项式,移项后就是其传递函数.故一个体系（或元件）的传递函数极易求得.表1 拉氏变换表（部分）原函数ƒ（t）拉氏变换函数F（s）原函数图形（t≥0）1 单位脉冲函数δ（t）= 1单位阶跃函数=1(t＞0) 2=0(t≤0)3 t4 t n56 （1-）7 sinωt8 cosωt9 sin（ωt+θ）10 cos（ωt+θ）11 cosbt12131415 sinhωt16 coshωt例如图3所示为一个质量-弹性-油阻尼体系,该体系的力均衡微分方程为（2）式中 M——质量;x——质量的位移;B C——阻尼系数;k——弹簧刚度.图3 质量-弹性-油阻尼体系经拉氏变换得（3）写成传递函数为（4）方框图及其等效变换图4 所示是一种文字情势的方框图,它暗示体系构造中各元件的功用及它们之间的互相贯穿连接和旌旗灯号传递线路.这种方框图又称作构造方框图.另一种方框图即“函数方块图”,就是将元件或环节的传递函数写在响应的方框中,用箭头线将这些方框衔接起来,如图4所示.指向方框图的箭头暗示对其输入旌旗灯号;从方框图出来的箭头暗示输出.图中圆圈暗示比较点,亦称加减点,它对二个以上旌旗灯号根据其正.负进行代数运算.同一旌旗灯号线上的各引出旌旗灯号,数值与性质完整雷同.方框图输出旌旗灯号的因次,等于输入旌旗灯号的因次与方程中传递函数因次的乘积.图4 体系方框图1—输入旌旗灯号;2—比较点;3—引出旌旗灯号;4—输出旌旗灯号方框图等效变换.简化轨则见表2.表2 方块图变换轨则序号原方块图等效方块图1234567891011121314电液伺服阀电液伺服阀电液伺服阀既是电液转换元件,又是功率放大元件,它可以或许把渺小的电气旌旗灯号转换成大功率的液压能（流量和压力）输出.它的机能的好坏对体系的影响很大.是以,它是电液控制体系的焦点和症结.为了可以或许精确设计和应用电液控制体系,必须控制不合类型和机能的电液伺服阀.伺服阀输入旌旗灯号是由电气元件来完成的.电气元件在传输.运算和参量的转换等方面既快速又轻便,并且可以把各类物理量转换成为电量.所以在主动控制体系中广泛应用电气装配作为电旌旗灯号的比较.放大.反馈检测等元件;而液压元件具有体积小,构造紧凑.功率放大倍率高,线性度好,逝世区小,敏锐度高,动态机能好,响应速度快等长处,可作为电液转换功率放大的元件.是以,在一控制体系中常以电气为“神经”,以机械为“骨架”,以液压控制为“肌肉”最大限度地施展机电.液的长处.因为电液伺服阀的种类许多,但各类伺服阀的工作道理又基底细似,其剖析研讨的办法也大体雷同,故今以经常应用的力反馈两级电液伺服阀和地位反馈的双级滑阀式伺服阀为重点,评论辩论它的根本方程.传递函数.方块图及其特点剖析.其它伺服阀只介绍其工作道理,同时也介绍伺服阀的机能参数及其测试办法电液伺服阀的构成电液伺服阀在电液控制体系中的地位如图27所示.电液伺服阀包含电力转换器.力位移转换器.前置级放大器和功率放大器等四部分.3.1.1 电力转换器包含力矩马达（迁移转变）或力马达（直线活动）,可把电气旌旗灯号转换为力旌旗灯号.3.1.2 力位移转换器包含钮簧.弹簧管或弹簧,可把力旌旗灯号变成位移旌旗灯号而输出.3.1.3 前置级放大器包含滑阀放大器.喷嘴挡板放大器.射流管放大器.3.1.4 功率放大器——滑阀放大器由功率放大器输出的液体流量则具有必定的压力,驱动履行元件进行工作.图27 电液控制体系方块图电液伺服阀的分类电液伺服阀的分类电液伺服阀的种类许多,根据它的构造和机能可作如下分类：1）按液压放大级数,可分为单级伺服阀.两级伺服阀和三级伺服阀,个中两级伺服阀应用较广.2）按液压前置级的构造情势,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）按反馈情势可分为地位反馈.流量反馈和压力反馈.4）按电-机械转换装配可分为动铁式和动圈式.5）按输出量情势可分为流量伺服阀和压力控制伺服阀.6）按输入旌旗灯号情势可分为中断控制式和脉宽调制式.伺服阀的工作道理伺服阀的工作道理下面介绍两种重要的伺服阀工作道理.力反馈式电液伺服阀的构造和道理如图28所示,无旌旗灯号电流输入时,衔铁和挡板处于中央地位.这时喷嘴4二腔的压力p a=p b,滑阀7二端压力相等,滑阀处于零位.输入电流后,电磁力矩使衔铁2连同挡板偏转θ角.设θ为顺时针偏转,则因为挡板的偏移使p a＞p b,滑阀向右移动.滑阀的移动,经由过程反馈弹簧片又带动挡板和衔铁反偏向扭转（逆时针）,二喷嘴压力差又减小.在衔铁的原始均衡地位（无旌旗灯号时的地位）邻近,力矩马达的电磁力矩.滑阀二端压差经由过程弹簧片感化于衔铁的力矩以及喷嘴压力感化于挡板的力矩三者取得均衡,衔铁就不再活动.同时感化于滑阀上的油压力与反馈弹簧变形力互相均衡,滑阀在分开零位一段距离的地位上定位.这种依附力矩均衡来决议滑阀地位的方法称为力反馈式.假如疏忽喷嘴感化于挡板上的力,则马达电磁力矩与滑阀二端不服衡压力所产生的力矩均衡,弹簧片也只是受到电磁力矩的感化.是以其变形,也就是滑阀分开零位的距离和电磁力矩成正比.同时因为力矩马达的电磁力矩和输入电流成正比,所以滑阀的位移与输入的电流成正比,也就是经由过程滑阀的流量与输入电流成正比,并且电流的极性决议液流的偏向,如许便知足了对电液伺服阀的功效请求.图28 力反馈式伺服阀的工作道理1—永远磁铁;2—衔铁;3—扭轴;4—喷嘴;5—弹簧片;6—过滤器;7—滑阀;8—线圈;9—轭铁因为采取了力反馈,力矩马达根本上在零位邻近工作,只请求其输出电磁力矩与输入电流成正比（不象地位反馈中请求力矩马达衔铁位移和输入电流成正比）,是以线性度易于达到.别的滑阀的位移量在电磁力矩必定的情形下,决议于反馈弹簧的刚度,滑阀位移量便于调节,这给设计带来了便利.采取了衔铁式力矩马达和喷嘴挡板使伺服阀构造极为紧凑,并且动特点好.但这种伺服阀工艺请求高,造价高,对于油的过滤精度的请求也较高.所以这种伺服阀实用于请求构造紧凑,动特点好的场合.力反馈式电液伺服阀的方框图如图29.图29 力反馈式伺服阀方框图3.3.2 地位反馈式伺服阀图30为二级滑阀式地位反馈伺服阀构造.该类型电液伺服阀由电磁部分,控制滑阀和主滑阀构成.电磁部分是一只力马达,道理如前所述.动圈靠弹簧定位.前置放大器采取滑阀式（一级滑阀）.如图所示,在均衡地位（零位）时,压力油从P腔进入,分别经由过程P腔槽,阀套窗口,固定撙节孔3.5到达上.下控制窗口,然后再经由过程主阀（二级阀芯）的回油口回油箱.输入正向旌旗灯号电流时,动圈向下移动,一级阀芯随之下移.这时,上控制窗口的过流面积减小,下控制窗口的过流面积增大.所以上控制腔压力升高而下控制腔的压力下降,使感化在主阀芯（二级阀芯）两头的液压力掉去均衡.主阀芯在这一液压力感化下向下移动.主阀芯下移,使上控制窗口的过流面积逐渐增大,下控制窗口的过流面积逐渐缩小.当主阀芯移动到上.下控制窗口过流面积从新相等的地位时,感化于主阀芯两头的液压力从新均衡.主阀芯就逗留在新的均衡地位上,形成必定的启齿.这时,压力油由P腔经由过程主阀芯的工作边到A腔而供应负载.回油则经由过程B腔,主阀芯的工作边到T腔回油箱.输入旌旗灯号电流反向时,阀的动作进程与此相反.油流反向为P→B,A→T.上述工作进程中,动圈的位移量,一级阀芯（先导阀芯）的位移量与主阀芯的位移量均相等.因动圈的位移量与输入旌旗灯号电流成正比,所以输出的流量和输入旌旗灯号电流成正比.图30 地位反馈伺服阀构造1—阀体;2—阀套;3—固定撙节口;4—二级阀芯;5—固定撙节口;6—一级阀芯;7—线圈;8—下弹簧;9—上弹簧;10—磁钢二级滑阀型地位反馈式伺服阀的方框图如图31所示.该型电液伺服阀具有构造简略,工作靠得住,轻易保护,可在现场进行调剂,对油液干净度请求不太高.图31 地位反馈式电液伺服阀方框图电液伺服阀的根本特点空载时输出流量和输入旌旗灯号电流之间的关系,经常应用空载流量特点曲线来暗示（图32）.由这一曲线可得到该阀的额定值.线性度.滞环.流量增益等特点.额定电流I R——在这一电流规模内,阀的输出流量与输入旌旗灯号电流成正比.额定空载流量——在额定压力与额定电流下阀的空载流量.线性度——q-I曲线直线性的器量.图32 空载流量特点曲线I R——额定电流;q0——最大空载流量;tanθ——流量增益滞环——重要用来标明旌旗灯号电流转变偏向时,由摩擦力.磁滞等原因使I-q曲线不重合的程度.常以曲线上同一流量下电流最大差值△I max与阀的额定电流I R之比来暗示.流量增益——q L与I之比值,即q-I曲线的平均斜率.3.4.2 压力增益特点在必定供油压力下,在输入电流I和负载压力p L=p1－p2曲线上,比值△p L/△I称为压力增益.当负载流量保持为零时,在零位（中央均衡地位）邻近的压力增益称为零位压力增益.零位压力增益与主滑阀的启齿情势有关,以零启齿情势最高.进步供油压力p s也可进步零位压力增益.但这一特点重要与阀的制造质量有关.进步零位压力增益,对于减小不敏锐区.进步精度有感化,但对稳固性起相反的感化.图33是零启齿伺服阀的零位压力增益特点曲线.图33 零位压力增益特点曲线3.4.3 负载压力.流量特点这一特点往往是选用伺服阀的重要根据.图34即为负载压力-流量特点曲线.3.4.4 对数频率特点它暗示电液伺服阀的动态特点.幅频曲线中一3dB时频率为该阀的频宽.其值越大则该阀的工作频率规模越大.对数频率特点也是剖析伺服体系动特点以及设计.分解电液伺服体系的根据.图35即为阀的对数频率特点曲线.3.4.5 零飘与零偏伺服阀因为供油压力的变更和工作油温度的变更而引起的零位（Q L=p L=0的几何地位）变更称为零飘.零飘一般用使其恢复位所需加的电流值与额定电流值之比来权衡.这一比值越小越好.别的,因为制造.调剂.装配的不同,控制线圈中不加电流时,滑阀不必定位于中位.有时必须加必定的电流才干使其恢复中位（零位）.这一现象称为零偏.零偏以使阀恢复零位所需加之电流值与额定电流值之比来权衡.图34 负载压力-流量特点曲线图35 对数频率特点曲线3.4.6 不敏锐度因为不敏锐区的消失,伺服阀只有在输入旌旗灯号电流达必定值时才会转变状况.使伺服阀产生状况变更的最小电流与额定电流之比称为不敏锐度.其值愈小愈好.液压伺服体系设计液压伺服体系设计在液压伺服体系中采取液压伺服阀作为输入旌旗灯号的转换与放大元件.液压伺服体系能以小功率的电旌旗灯号输入,控制大功率的液压能（流量与压力）输出,并能获得很高的控制精度和很快的响应速度.地位控制.速度控制.力控制三类液压伺服系同一般的设计步调如下：1）明白设计请求：充分懂得设计义务提出的工艺.构造实时体系各项机能的请求,并应具体剖析负载前提.2）拟定控制计划,画出体系道理图.3）静态盘算：肯定动力元件参数,选择反馈元件及其它电气元件.4）动态盘算：肯定体系的传递函数,绘制开环波德图,剖析稳固性,盘算动态机能指标.5）校核精度和机能指标,选择校订方法和设计校订元件.6）选择液压能源及响应的从属元件.7）完成履行元件及液压能源施工设计.本章的内容主如果按照上述设计步调,进一步解释液压伺服体系的设计原则和介绍具体设计盘算办法.因为地位控制体系是最根本和应用最广的体系,所以介绍将以阀控液压缸地位体系为主.4.1 周全懂得设计请求4.1.1 周全懂得被控对象液压伺服控制体系是被控对象—主机的一个构成部分,它必须知足主机在工艺上和构造上对其提出的请求.例如轧钢机液压压下地位控制体系,除了应可以或许推却最大轧制负载,知足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程,调节速度和控制精度等请求外,履行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌楼窗口尺寸的束缚,构造上还必须包管知足改换轧辊便利等请求.要设计一个好的控制体系,必须充分看重这些问题的解决.所以设计师应周全懂得被控对象的工况,并分解应用电气.机械.液压.工艺等方面的理论常识,使设计的控制体系知足被控对象的各项请求.4.1.2 明角设计体系的机能请求1）被控对象的物理量：地位.速度或是力.2）静态极限：最大行程.最大速度.最大力或力矩.最大功率.3）请求的控制精度：由给定旌旗灯号.负载力.干扰旌旗灯号.伺服阀及电控体系零飘.非线性环节（如摩擦力.逝世区等）以及传感器引起的体系误差,定位精度,分辩率以及许可的飘移量等.4）动态特点：相对稳固性可用相位裕量和增益裕量.谐振峰值和超调量等来划定,响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时光和调剂时光来划定;5）工作情形：主机的工作温度.工作介质的冷却.振动与冲击.电气的噪声干扰以及响应的耐高温.防水防腐化.防振等请求;6）特别请求;装备重量.安然呵护.工作的靠得住性以及其它工艺请求.4.1.3 负载特点剖析精确肯定体系的外负载是设计控制体系的一个根本问题.它直接影响体系的构成和动力元件参数的选择,所以剖析负载特点应尽量反应客不雅现实.液压伺服体系的负载类型有惯性负载.弹性负载.粘性负载.各类摩擦负载（如静摩擦.动摩擦等）以及重力和其它不随时光.地位等参数变更的恒值负载等.4.2 拟定控制计划.绘制体系道理图在周全懂得设计请求之后,可根据不合的控制对象,按表6所列的根本类型选定控制计划并拟定控制体系的方块图.如对直线地位控制系同一般采取阀控液压缸的计划,方块图如图36所示.图36 阀控液压缸地位控制体系方块图表6 液压伺服体系控制方法的根本类型伺服体系控制旌旗灯号控制参数活动类型元件构成机液电液气液电气液模仿量数字量位移量地位.速度.加快度.力.力矩.压力直线活动摆动活动扭转活动1.阀控制：阀-液压缸,阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸;变量泵-液压马达;阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达4.3 动力元件参数选择动力元件是伺服体系的症结元件.它的一个重要感化是在全部工作轮回中使负载按请求的速度活动.其次,它的重要机能参数能知足全部体系所请求的动态特点.此外,动力元件参数的选择还必须斟酌与负载参数的最佳匹配,以包管体系的功耗最小,效力高.动力元件的重要参数包含体系的供油压力.液压缸的有用面积（或液压马达排量）.伺服阀的流量.当选定液压马达作履行元件时,还应包含齿轮的传动比.4.3.1 供油压力的选择选用较高的供油压力,在雷同输出功率前提下,可减小履行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量）,因而泵和动力元件尺寸小重量轻,装备构造紧凑,同时油腔的容积减小,容积弹性模数增大,有利于进步体系的响应速度.但是随供油压力增长,因为受材料强度的限制,液压元件的尺寸和重量也有增长的趋向,元件的加工精度也请求进步,体系的造价也随之进步.同时,高压时,泄露大,发烧高,体系功率损掉增长,噪声加大,元件寿命下降,保护也较艰苦.所以前提许可时,平日照样选用较低的供油压力.经常应用的供油压力等级为7MPa到28MPa,可根据体系的要乞降构造限制前提选择恰当的供油压力.4.3.2 伺服阀流量与履行元件尺寸的肯定如上所述,动力元件参数选择除应知足拖动负载和体系机能两方面的请求外,还应斟酌与负载的最佳匹配.下面侧重介绍与负载最佳匹配问题.（1）动力元件的输出特点将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－F L平面上,所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特点,见图37.图37 参数变更对动力机构输出特点的影响a）供油压力变更;b）伺服阀容量变更;c）液压缸面积变更。
液压伺服系统工作原理及实例
电气-机械
+
转换器 位移力 -
前置放大级
功率放大级 (滑阀)
输出 流量 压力
反馈机构
电液伺服阀的基本构成
A
8
3、电液伺服阀
电液伺服阀的类型和结构很多,但是,都是由电气机械转换器 和液压放大器所构成。
电气机械转换器也成“力马达”或“力矩马达”,它将输入的 电信号(电流或电压)转换成力或力矩输出,去操纵阀芯的位移。
电气机械转换器的输出力或力矩很小,在流量比较大的情况下, 无法直接驱动阀芯,此时要增加前置放大级,将输出力或力矩 放大。前置放大级是喷嘴挡板阀,功率放大级是滑阀。
A
9
4、液压伺服控制系统举例
(1) 液 压 仿 形 刀 架
A
该 系 统 的 反 馈 是 机 械 反 馈
10
4、液压伺服控制系统举例
执行结构是液压缸或液压马达。
输入 元件
比较元件 +
-
转换放大装置将偏
转换放 大装置
液压执 行元件
控制 对象
差信号的能量形式进 行变换并加以放大。
反馈测 量元件
液压伺A 服系统的构成
5
3、电液伺服阀
电液伺服阀既是电液的转换元件也是功率放大元件,它 将小功率的电信号输入转换成大功率的液压能输出。
由电液伺服阀构成的伺服系统叫电液伺服系统。 电液伺服阀已标准化、系列化。 我国70年代开始批量生产QDY系列和DY系列电液伺 服阀。
液压伺服系统的原理及实例
A
1
伺服系统(又叫随动系统或跟踪系统)是一中自动控制系统, 在这种系统中执行机构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：凡是采用液压控制元件和液压执行元件,根 据液压传动原理建立起来的伺服系统,都称为液压伺服系统。
液压伺服系统
控制元件-电液伺服阀
挡板 先导控制油腔
喷嘴
挡板一方面与力 矩马达衔铁连接， 另一方面，其穿过 两个喷嘴，与主阀 芯连接。
主阀芯
压缸停止运动。
喷嘴挡板阀的优点是结构简单、
加工方便、运动部件惯性小、反应快、
精度和灵敏度高；缺点是能量损耗大、
抗污染能力差。喷嘴挡板阀常用作多
级放大伺服控制元件中的前置级。
图7.11 喷嘴挡板阀的工作原理 1－挡板；2、3－喷嘴；4、5－
节流小孔
§7.3 电液伺服阀
电液伺服阀是电液联合控制的多 级伺服元件，它能将微弱的电气输入 信号放大成大功率的液压能量输出。 电液伺服阀具有控制精度高和放大倍 数大等优点，在液压控制系统中得到 了广泛的应用。
图7.4 速度伺服系统职能方框图
实际上，任何一个伺服系统都是由这些元件（环节） 组成的，如图7.5所示。
图7.5 控制系统的组成环节
下面对图中各元件做一些说明：
（1）输入（给定）元件。通过输入元件，给出必要的 输入信号。如上例中由给定电位计给出一定电压，作为系 统的控制信号。
（2）检测、反馈信号。它随时测量输出量（被控量） 的大小，并将其转换成相应的反馈信号送回到比较元件。 上例中由测速发电机测得液压缸的运动速度，并将其转换 成相应的电压作为反馈信号。
（5）执行元件（机构）。直接带动控制对象动作 的元件或机构。如上例中的液压缸。
（6）控制对象。如机器的工作台、刀架等。
3.液压伺服系统的分类
伺服系统可以从下面不同的角度加以分类。
（1）按输入的信号变化规律分类：有定值控制系统、程 序控制系统和伺服系统三类。
当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统，其基本 任务是提高系统的抗干扰能力。当系统的输入信号按预先给 定的规律变化时，称为程序控制系统。伺服系统也称为随动 系统，其输入信号是时间的未知函数，输出量能够准确、迅 速地复现输入量的变化规律。
液压伺服系统
液压伺服系统液压伺服系统是以高压液体作为驱动源的伺服系统，是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。
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。
一、液压伺服系统的基本组成液压伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件组成的。
如图就是一个典型的伺服系统，该图表示了各元件在系统中的位置和相互间的关系。
（1）外界能源—为了能用作用力很小的输入信号获得作用力很大的输出信号，就需要外加能源，这样就可以得到力或功率的放大作用。
外界能源可以是机械的、电气的、液压的或它们的组合形式。
（2）液压伺服阀—用以接收输入信号，并控制执行元件的动作。
它具有放大、比较等几种功能，如滑阀等。
（3）执行元件—接收伺服阀传来的信号，产生与输入信号相适应的输出信号，并作用于控制对象上，如液压缸等。
（4）反馈装置—将执行元件的输出信号反过来输入给伺服阀，以便消除原来的误差信号，它构成闭环控制系统。
（5）控制对象—伺服系统所要操纵的对象，它的输出量即为系统的被调量(或被控制量)，如机床的工作台、刀架等。
二、液压伺服系统的分类液压伺服系统是由液压动力机构和反馈机构组成的闭环控制系统，分为机械液压伺服系统和电气液压伺服系统（简称电液伺服系统）两类。
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。
最常见的有电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力（或力矩）控制系统。
如图是一个典型的电液位置伺服控制系统。
图中反馈电位器与指令电位器接成桥式电路。
反馈电位器滑臂与控制对象相连，其作用是把控制对象位置的变化转换成电压的变化。
反馈电位器与指令电位器滑臂间的电位差（反映控制对象位置与指令位置的偏差）经放大器放大后，加于电液伺服阀转换为液压信号，以推动液压缸活塞，驱动控制对象向消除偏差方向运动。
当偏差为零时，停止驱动，因而使控制对象的位置总是按指令电位器给定的规律变化。
2 液压伺服系统
，它可以绕扭轴在a、b、c
、d四个气隙中摆动。
力矩马达 1——放大器； 2——上导磁体； 3——永久磁铁； 4——衔铁； 5——下导磁体； 6——弹簧管； 7——永久磁铁
当线圈控制电流为零时，四个 气隙中均有永久磁铁所产生的固定 磁场的磁通，因此作用在衔铁上的 吸力相等，衔铁处于中位平衡状态 。通入控制电流后，所产生的控制 磁通与固定磁通叠加，在两个气隙 中（例如，气隙a和d）磁通增大， 在另两个气隙中（例如，气隙b和c ）磁通减少，因此作用在衔铁上的 电磁力矩与扭轴的弹性变形力矩及 外负载力矩平衡时，衔铁在某一扭 转位置上处于平衡状态。
（5）执行元件（机构）。直接带动控制对象动作 的元件或机构。如上例中的液压缸。
（6）控制对象。如机器的工作台、刀架等。
液压伺服系统的分类(1/2)
3.液压伺服系统的分类
伺服系统可以从不同的角度加以分类。
（1）按输入的信号变化规律分类：有定值控制 系统、程序控制系统和伺服系统三类。
当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统， 其基本任务是提高系统的抗干扰能力。当系统的输 入信号按预先给定的规律变化时，称为程序控制系 统。伺服系统也称为随动系统，其输入信号是时间 的未知函数，输出量能够准确、迅速地复现输入量 的变化规律
动圈式力马达的线性行程范 围大（±2～4mm），滞环小， 可动件质量小，工作频率较宽， 结构简单，但如采用湿式方案， 动圈受油的阻尼较大，影响频宽 ，适合作为气压比例元件。
二、力矩马达
由上下两块导磁体、左
右两块永久磁铁、带扭轴
a
b
（弹簧管）的衔铁及套在
c
d
衔铁上的两个控制线圈所
组成。衔铁悬挂在扭轴上
液压伺服系统的分类(2/2)
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。
液压伺服系统培训讲稿
伺服系统培训讲稿液压伺服机构是根据液压传动原理建立起来的控制系统。
在这种系统中，执行元件的运动随着控制机构的信号改变，因而伺服系统又称为随动系统。
由于它具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、出力大、刚性好、响应快和精度高等特点，因而在工业上获得了广泛的应用。
第一节液压伺服系统的工作原理一、液压伺服系统的工作原理图9-1所示为某机液位置伺服系统的原理。
它是一个具有机械反馈的节流型阀控缸伺服系统。
它的输入量（输入位移）为伺服滑阀阀芯3的位移，输出量（输出位移）为液压缸的位移。
图中液压泵2和溢流阀1构成恒压油源。
滑阀的阀体4与液压缸为一体，组成液压伺服拖动装置。
当阀芯处于中间位置时，各阀口均关闭，液压缸不动，系统处于静止状态。
给伺服滑阀阀芯一个输入位移x i，阀口a、b便有一个相应的开口量x b，使压力油经阀口b进入液压缸的左腔，其右腔油液经阀口a回油池，液压缸在压力的作用下左移x b，因而阀体也右移x o使阀口关闭，液压缸停止运动，从而完成液压缸输出位移对伺服滑阀输入位移的跟随运动。
若伺服滑阀反向运动，液压缸也作反向跟随运动。
这就是液压伺服系统的工作原理。
二、液压伺服系统的特点1）跟踪——液压伺服系统是一个位置跟随系统。
输出位移自动地跟随输入位移的变化规律而变化，体现为位置跟随运动。
2）反馈——液压伺服系统是一个负反馈系统。
输出位移之所以能够精确地复现输入位移的变化，是因为控制滑阀的阀体和液压缸体固连在一起，构成一个负反馈控制通路。
液压缸输出位移，通过这个反馈通路回输给滑阀阀体，并与输入位移相比较，从而逐渐减小和消除输出位移之间的偏差，直到两者相同为止。
因此负反馈环节是液压伺服系统中必不可少的重要环节。
3）放大——液压伺服系统是一个功率放大系统。
推动滑阀阀芯所需的力很小，只需几牛顿到几十牛顿，而系统的输出功率却可以很大，可带动较大的负载运动。
第二节 液压伺服元件和应用液压伺服阀在液压伺服系统中起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用。
液压伺服系统工作原理
液压伺服系统工作原理液压伺服系统是一种将液压动力与伺服控制技术结合的控制系统。
它利用液压的优势来实现高速、高精度的运动控制。
液压伺服系统主要由液压源、执行元件、控制元件和传感器组成，通过控制元件对液压信号进行调节，驱动执行元件实现系统的动作。
液压伺服系统的工作原理基于液压传动的基本原理——泵的机械能转化为液压能的过程。
液压伺服系统通过泵将液体压力能转化为动能，然后通过执行元件将液压能转化为机械能，从而实现工作目标。
液压伺服系统使用液体作为工作介质，通过控制元件对液压信号进行调节，控制执行元件的动作。
在液压伺服系统中，常用的液体是油。
油的粘度和压力是影响液压系统工作效果的重要因素。
粘度越大，液压系统的动能传递效率越高。
而压力的大小则取决于工作要求，压力过大或过小都会影响系统的工作效果。
液压伺服系统中的泵是其核心部件，它负责将机械能转化为液压能。
在液压伺服系统中，常用的泵有齿轮泵、液压柱塞泵和叶片泵等。
泵通过提供压力将液体推送到执行元件中，从而实现系统的工作。
执行元件是液压伺服系统的执行部件，它将液压能转化为机械能，实现系统的运动。
常见的执行元件有液压缸和液压马达。
液压缸通过液体的力学效应来实现工作，而液压马达则通过液体的动力效应来实现工作。
执行元件的选择取决于具体的工作要求和系统性能。
控制元件是液压伺服系统中起控制作用的部件，它根据输入信号来控制和调节液压信号的大小和方向，从而实现对执行元件的控制。
常见的控制元件有阀门和流量分配器。
阀门负责控制和调节液体的流量和压力，而流量分配器则负责实现对液体流向的控制。
传感器是液压伺服系统中起反馈作用的部件，它通过感知系统的工作状态来提供反馈信号，从而实现对系统的控制。
常见的传感器有位置传感器和压力传感器。
位置传感器用于测量执行元件的位置，而压力传感器则用于测量液压系统的压力。
综上所述，液压伺服系统是一种将液压动力与伺服控制技术结合的控制系统。
它通过泵将机械能转化为液压能，然后通过控制元件对液压信号进行调节，驱动执行元件实现系统的动作。
液压伺服控制系统的优缺点
液压伺服控制系统的优缺点参考资料：液压伺服控制系统，是在液压传动和自动控制理论基础上建立起来的一种自动控制系统。
近年来,随着自动控制的发展,无论是电气或液压伺服系统,在所有的工业部门中都开始得到应用,并普遍地为人们所熟知起来。
由于其具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、出力大,刚性好,响应快,精度高等特点，因而在工业上获得了广泛的应用。
一、液压伺服控制系统的优点现对液压伺服控制系统在设计和应用中体现的优缺点进行一下归纳和总结。
同机电伺服系统、气动伺服系统相比较，液压伺服系统具有以下的突出特点，以致成为采用液压系统而不采用其他控制系统的主要原因：1、重量比大在同样功率的控制系统中，液压系统体积小，重量轻。
这是因为对机电元件，例如电动机来说，由于受到激磁性材料饱和作用的限制，单位重量的设备所能输出的功率比较小。
液压系统可以通过提高系统的压力来提高输出功率，这时只受到机械强度和密封技术的限制。
在典型的情况下，发电机和电动机的功率比仅为16.8W/N，而液压泵和液压马达的功率——重量比为168W/N，是机电元件的10倍。
在航空、航天技术领域应用的液压马达是675W/N。
直线运动的动力装置更加悬殊。
这个特点，在许多场合下，在采用液压伺服而不采用其他伺服系统的重要原因，也是直线运动系统控制系统中多用液压系统的重要原因。
例如在航空、特别是导电、飞行器的控制中液压伺服系统得到了很广泛的应用。
几乎所有的中远程导弹的控制系统都是采用液压控制系统。
2、力矩惯量比大一般回转式液压马达的力矩惯量比是同容量电动机的10倍至20倍，一般液压马达为61x10Nm/Kgm2。
力矩惯量比大，意味着液压系统能够产生大的加速度，也意味着时间常数小，响应速度快，具有优良的动态性能。
因为液压马达或者电动机消耗的功率一部分来克服负载，另一部分消耗在加速液压马达或者电动机本身的转子。
所以一个执行元件是否能够产生所希望的加速度，能否给负载以足够的实际功率，主要受到它的力矩惯量比的限制。
液压伺服系统工作原理
液压伺服系统工作原理1.1 液压伺服系统工作原理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。
电液伺服系统通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。
液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。
液压伺服系统的工作原理可由图1来说明。
图1所示为一个对管道流量进行连续控制的电液伺服系统。
在大口径流体管道1中，阀板2的转角θ变化会产生节流作用而起到调节流量qT的作用。
阀板转动由液压缸带动齿轮、齿条来实现。
这个系统的输入量是电位器5的给定值x i。
对应给定值x i，有一定的电压输给放大器7，放大器将电压信号转换为电流信号加到伺服阀的电磁线圈上，使阀芯相应地产生一定的开口量x v。
阀开口x v使液压油进入液压缸上腔，推动液压缸向下移动。
液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱。
液压缸的向下移动，使齿轮、齿条带动阀板产生偏转。
同时，液压缸活塞杆也带动电位器6的触点下移x p。
当x p所对应的电压与x i所对应的电压相等时，两电压之差为零。
这时，放大器的输出电流亦为零，伺服阀关闭，液压缸带动的阀板停在相应的qT位置。
图1 管道流量（或静压力）的电液伺服系统1—流体管道；2—阀板；3—齿轮、齿条；4—液压缸；5—给定电位器；6—流量传感电位器；7—放大器；8—电液伺服阀在控制系统中，将被控制对象的输出信号回输到系统的输入端，并与给定值进行比较而形成偏差信号以产生对被控对象的控制作用，这种控制形式称之为反馈控制。
反馈信号与给定信号符号相反，即总是形成差值，这种反馈称之为负反馈。
用负反馈产生的偏差信号进行调节，是反馈控制的基本特征。
而对图1所示的实例中，电位器6就是反馈装置，偏差信号就是给定信号电压与反馈信号电压在放大器输入端产生的△u。
液压伺服系统的组成
液压伺服系统的组成液压伺服系统是指依靠液压作动力，拥有调节和控制精度高、抗载荷能力强的传动能力的一种机械设备。
它通过液压能量的转换，使机电系统的位置、压力、力矩或运动特性能够精确的控制，由此实现机械设备的调节和流程控制。
液压伺服系统主要由以下几部分组成：一、液压设备：1.液压泵：泵的作用是将电动机驱动的能量（驱动气体低压蒸汽等）转变为液体（通常是油）流动，使液体释放出压力能量，有时又存在其他附加功能（如滤清气体）。
2.液压阀：阀的作用是调节液压缸的开启和关闭，从而控制缸的内部压力，从而控制系统的速度，力度，位置和其他动作。
3.液压管路：通过接头和管接头来连接液压元件之间的管路。
二、液压传动构件：1.液压缸：缸是传动系统中最主要的部分，它负责把液压能量转换成机械运动。
以最普通的单作用液压缸为例，钢缸体内设有两个阀杆，上下阀杆用于控制缸的进出口口。
2.液压联轴器：联轴器是一种装备在液压驱动系统中的从动部件，它可以把液压缸的运动或者力传递给其他机械设备，如轴承、轴、齿轮等。
3.传感器：传感器主要用来检测液压缸的位置、速度、力矩和其他特性，从而提高液压系统的控制精度和可靠性。
三、液压控制装置：液压控制装置一般由控制器、显示器、键盘、传输线等组成，它负责对液压系统的运行参数进行监测、控制和调整，以实现对液压系统的精确控制。
四、温控装置：温控装置是指专门负责对液压系统润滑油温度进行控制和监测的装置。
温控装置通常包括温度传感器、温度调节器、温控阀、加热器和风扇等，它们可以实现对润滑油温度范围的自动控制。
五、安全装置：安全装置一般以液压缸为主，通过检测液压系统的压力是否满足安全要求，来确保液压系统的安全运行，避免液压爆炸对机器造成的损坏和危险。
常用的安全装置有安全阀、限位开关、动作指示器等。
液压伺服控制系统
当液压缸运动速度降低时，调节过程相反。
1.2 伺服阀
1.2.1液压伺服阀
1.滑阀 根据滑阀的工作边数不同，有单边滑阀、双边滑阀和四边滑阀。
其中，四边滑阀有四个可控节流口，控制性能最好；双边滑阀有两 个可控节流口，控制性能一般；单边滑阀有一个可控节流口，控制 性能最差。四边滑阀性能虽好，但结构工艺复杂，生产成本较高； 单边滑阀容易加工，生产成本较低。
图10.6-10.8分别为单边滑阀，双边滑阀和四边滑阀控制液压 缸的原理图。
四边滑阀在平衡状态下，根据初始开口量的不同，有负开口 （图10.9（a））、零开口（图10.9（b））和正开口（图10.9 （c））之分。
2.喷嘴挡板阀 如图1.10所示为双喷嘴挡板阀由两个单喷嘴挡板阀组成，可
以控制双作用液压缸。它由挡板、左右喷嘴、固定节流孔组成。 挡板与左右喷嘴的环形面积形成两个可变节流孔，分别为δ1和δ2， 挡板绕轴旋转，可以改变两个可变节流孔的大小。挡板处于图中 所示位置时，即δ1=δ2。此时两节流口的节流阻力相同，使左右 喷嘴的压力相同，即p1= p2，液压缸两腔受力平衡，保持原来位 置不动。
3
1.1.3 液压伺服控制系统的分类
1.按系统输入信号的变化规律分类 液压伺服控制系统按输入信号的变化规律不同可分为：定值控
制系统、程序控制系统和伺服控制系统。 2.按被控物理量的名称分类 按被控物理量的名称不同，可分为：位置伺服控制系统、速度
第十一次课 液压伺服系统介绍HYDRAULIC SERVO-SYSTEM
有诚服装论坛 QQ754093490
15
工作原理 由数控装置发出的脉冲信号，使步进电机带动电位 器5的动触头顺时针转过一定的角度θ i，使动触头偏离电位 器中位，产生微弱电压u1，经放大器7放大成u2后输入电液伺 服阀1的控制线圈，产生一定的开口量时，压力油以流量q流 经阀的开口进入缸左腔，缸右腔油经伺服阀回油箱，活塞连 同机械手手臂一起向右移动，行程为xv；。当电位器中位和 触头重合时，输出电压为零，阀口关闭，手臂移动停止。手 臂移动行程决定于脉冲 数量，速度决定于脉冲 频率。当数控装置发反 向脉冲时，步进电机逆 时针转动，手臂缩回。
有诚服装论坛 QQ754093490
20
标出下图 5个液压元件名称，说明 1YA和 2YA通电时液 压油路进给路线。（语言简练）
有诚服装论坛 QQ754093490
21
有诚服装论坛 QQ754093490
17
在图示液压系统中，泵的额定压力为ps＝2.5MPa，流 量q=10L/min，溢流阀调定压力 py＝1.8MPa，两油缸 活塞面积相等，A1=A2=30 cm2，负载R1=3000N， R2=4200N其他忽略不计。试分析：1）液压泵启动后 两个缸速度分别是多少（m/s）；2）各缸的输出功率 和泵的最大输出功率可达多少（W）。
有诚服装论坛 QQ754093490 10
3 数控伺服机构 电液步进马达具有惯性小、反应快、输出力 矩大、工作精度高等优点。目前在数控机床中得 到广泛应用。
有诚服装论坛 QQ754093490
11
液压伺服系统实例
1 车床仿形刀架 仿形刀架是由位 置控制机构（液压伺 服系统）驱动，按照 样件(靠模)的轮廓形 状，对工件进行仿形 车削加工的装置。用 这种方法对工件进行 加工时，可先用普通 方法加工出一个样件 来，然后用这个样件 就可以复制出一批零 有诚服装论坛 QQ754093490 件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
液压伺服系统液压伺服系统是以高压液体作为驱动源的伺服系统，是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。
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。
一、液压伺服系统的基本组成液压伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件组成的。
如图就是一个典型的伺服系统，该图表示了各元件在系统中的位置和相互间的关系。
（1）外界能源—为了能用作用力很小的输入信号获得作用力很大的输出信号，就需要外加能源，这样就可以得到力或功率的放大作用。
外界能源可以是机械的、电气的、液压的或它们的组合形式。
（2）液压伺服阀—用以接收输入信号，并控制执行元件的动作。
它具有放大、比较等几种功能，如滑阀等。
（3）执行元件—接收伺服阀传来的信号，产生与输入信号相适应的输出信号，并作用于控制对象上，如液压缸等。
（4）反馈装置—将执行元件的输出信号反过来输入给伺服阀，以便消除原来的误差信号，它构成闭环控制系统。
（5）控制对象—伺服系统所要操纵的对象，它的输出量即为系统的被调量(或被控制量)，如机床的工作台、刀架等。
二、液压伺服系统的分类液压伺服系统是由液压动力机构和反馈机构组成的闭环控制系统，分为机械液压伺服系统和电气液压伺服系统（简称电液伺服系统）两类。
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。
最常见的有电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力（或力矩）控制系统。
如图是一个典型的电液位置伺服控制系统。
图中反馈电位器与指令电位器接成桥式电路。
反馈电位器滑臂与控制对象相连，其作用是把控制对象位置的变化转换成电压的变化。
反馈电位器与指令电位器滑臂间的电位差（反映控制对象位置与指令位置的偏差）经放大器放大后，加于电液伺服阀转换为液压信号，以推动液压缸活塞，驱动控制对象向消除偏差方向运动。
当偏差为零时，停止驱动，因而使控制对象的位置总是按指令电位器给定的规律变化。
电液伺服系统中常用的位置检测元件有自整角机、旋转变压器、感应同步器和差动变压器等。
伺服放大器为伺服阀提供所需要的驱动电流。
电液伺服阀的作用是将小功率的电信号转换为阀的运动，以控制流向液压动力机构的流量和压力。
因此，电液伺服阀既是电液转换元件又是功率放大元件，它的性能对系统的特性影响很大，是电液伺服系统中的关键元件。
液压动力机构由液压控制元件、执行机构和控制对象组成。
液压控制元件常采用液压控制阀或伺服变量泵。
常用的液压执行机构有液压缸和液压马达。
液压动力机构的动态特性在很大程度上决定了电液伺服系统的性能。
为改善系统性能，电液伺服系统常采用串联滞后校正来提高低频增益，降低系统的稳态误差。
此外，采用加速度或压力负反馈校正则是提高阻尼性能而又不降低效率的有效办法。
机械液压伺服系统机械液压伺服系统是一种由液压动力机构和机械反馈机构组成的闭环控制系统。
如图是一个典型的机械液压伺服系统。
输入信号x操作伺服阀，把油液引入液压缸推动活塞,活塞的运动y反馈回来与输入x相减,直到使阀回到零位为止。
输出y与输入x之间的传递特性可以近似为一常数。
整个系统相当于一个比例控制器。
为提高系统稳定性，常采用阻尼器来增加系统的阻尼特性，此外也可采用动压反馈校正装置。
液压伺服系统本质上是一种非线性控制系统。
其非线性因素有：阀的压力流量特性，由库仑摩擦和阀的正重叠量引起的死区特性，由伺服阀控制窗口的形状引起的非线性增益，由传动间隙等因素造成的游隙非线性和饱和非线性特性等。
其中以游隙非线性特性的影响最为严重，容易使系统产生自激振荡。
三、液压伺服系统的优缺点液压伺服系统是从1950年开始出现的，几十年来获得了很大的发展，目前在各种技术领域里几乎都广泛的使用了液压控制。
优点：（1）液压执行机构的动作快，换向迅速。
就流量—速度的传递函数而言，基本上是一个固有频率很大的振荡环节，而且随着流量的加大和参数的最佳匹配可以使固有频率增大到和电液伺服阀的固有频率相比。
电液伺服阀的固有频率一般在100HZ以上，因而液压执行机构的频率响应是很快的，而且易于高速启动、制动和换向。
与机电系统执行机构相比，固有频率通常较高。
（2）液压执行机构的体积和重量远小于相同功率的机电执行机构的体积和重量。
因为随着功率的增加液压执行机构（如阀、液压缸或马达）的体积和重量的增加远比机电执行机构增加的慢，这是因为前者主要靠增大液体流量和压力来增加功率，虽然动力机构的体积和重量也会因此增加一些，但却可以采用高强度和轻金属材料来减少体积和重量。
（3）液压执行机构传动平稳、抗干扰能力强，特别是低速性能好，而机电系统的传递平稳性较差，而且易受到电磁波等各种外干扰的影响。
（4）液压执行机构的调速范围广，功率增益高。
缺点：（1）液压信号传递速度慢不易进行校正，而电信号则是按光速来传递信息，而且易于综合和校正。
但是电液伺服系统由于在功率级以前采用了电信号，因而不存在这一缺点，而且在某种意义讲这种系统具备了电、液两类伺服的优点。
（2）液压伺服系统的结构复杂、加工精度高，因而成本高。
（3）液体的体积弹性模数随温度和混入油中的空气含量而变。
当温度变化时对系统性能有显着影响。
与此相反，温度对气体的体积弹性模数影响很小，因此对气动控制系统的工作性能影响不大。
温度对液体的粘度影响很大，低温时摩擦损失增大；高温时泄漏增加，并容易产生气穴现象。
（4）漏油是液压系统的弱点，它不仅污染环境，而且容易引发火灾。
液压油易受污染，并可造成执行机构堵塞。
四、电气伺服技术系统类别伺服系统如图所示，是具有反馈的闭环自动控制系统。
它由位置检测部分误差放大部分、执行部分及被控对象组成。
输入放大执行被控对象输出放大器伺服驱动电机负荷给定值被控量伺服驱动自动控制系统的组成通常根据伺服驱动机的种类来分类，有电气式、油压或电气—油压式三种。
伺服系统若按功能来分，则有计量伺服和功率伺服系统；模拟伺服和功率伺服系统；位置伺服和加速度伺服系统等。
电气式伺服系统根据电气信号可分为DC直流系统和AC交流伺服两类。
AC交流伺服系统又有异步电机伺服系统和同步电机伺服系统两种。
五、伺服系统的基本结构1.基本结构:与普通他激直流电动机相同.(有换向器)2.分类:电磁式(他激式);永磁式,3.电气原理图:如右图.其中(a)为电磁式(b)为永磁式.4.参数:输出功率1-600W.直流伺服电动机结构图交流伺服电动机(1)定子:定子由硅钢片叠成;在定子铁心的内圆表面嵌有两套相差90度电角度的绕组:激磁绕组WF,控制绕组WC;这两套绕组分别由两个电源供电.(2)转子:分为鼠笼型和杯型两种.(1)鼠笼型转子作得细而长,转子导体采用高电阻率的材料.用于小功率的自动控制系统.产品型号SL系列.(2)空心杯型转子作成薄壁圆筒形,放在内外定子之间.用于要求运行平滑的系统.产品型号SK系列杯型转子伺服电动机结构图激磁绕组1;控制绕组2;内定子3;外定子4;转子六、应用及程序namespace testmovecard{partial class丝杠运动控制{///<summary>///必需的设计器变量。
///</summary>private ponentModel.IContainer components = null;///<summary>///清理所有正在使用的资源。
///</summary>///<param name="disposing">如果应释放托管资源，为 true；否则为 false。
</param> protected override void Dispose(bool disposing){if (disposing && (components != null)){components.Dispose();}base.Dispose(disposing);}#region Windows 窗体设计器生成的代码///<summary>///设计器支持所需的方法 - 不要///使用代码编辑器修改此方法的内容。
///</summary>private void InitializeComponent(){this.button_initcard = new System.Windows.Forms.Button();this.button_cardstop = new System.Windows.Forms.Button();this.button3 = new System.Windows.Forms.Button();bel1_cardinit = new bel();this.button1 = new System.Windows.Forms.Button();this.button2 = new System.Windows.Forms.Button();this.SuspendLayout();//// button_initcard//this.button_initcard.BackColor = System.Drawing.Color.Honeydew;this.button_initcard.Font = new System.Drawing.Font("隶书", 14.25F, System.Drawing.FontStyle.Bold, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(134)));this.button_initcard.Location = new System.Drawing.Point(93, 46);this.button_ = "button_initcard";this.button_initcard.Size = new System.Drawing.Size(113, 68);this.button_initcard.TabIndex = 0;this.button_initcard.Text = "运动控制卡初始化";this.button_initcard.TextAlign = System.Drawing.ContentAlignment.MiddleLeft;this.button_eVisualStyleBackColor = false;this.button_initcard.Click += newSystem.EventHandler(this.button_initcard_Click);//// button_cardstop//this.button_cardstop.BackColor = System.Drawing.Color.Honeydew;this.button_cardstop.Font = new System.Drawing.Font("宋体", 15.75F, System.Drawing.FontStyle.Regular, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(134)));this.button_cardstop.Location = new System.Drawing.Point(93, 162);this.button_ = "button_cardstop";this.button_cardstop.Size = new System.Drawing.Size(113, 68);this.button_cardstop.TabIndex = 1;this.button_cardstop.Text = "停止";this.button_eVisualStyleBackColor = false;this.button_cardstop.Click += newSystem.EventHandler(this.button_cardstop_Click);//// button3//this.button3.Font = new System.Drawing.Font("楷体", 12F,System.Drawing.FontStyle.Bold, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(134)));this.button3.Location = new System.Drawing.Point(311, 27); = "button3";this.button3.Size = new System.Drawing.Size(147, 68);this.button3.TabIndex = 2;this.button3.Text = " X向运动控制";eVisualStyleBackColor = true;this.button3.Click += new System.EventHandler(this.button3_Click);//// label1_cardinit//bel1_cardinit.AutoSize = true;bel1_cardinit.Font = new System.Drawing.Font("华文行楷", 12F, System.Drawing.FontStyle.Regular, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(134)));bel1_cardinit.Location = new System.Drawing.Point(117, 27);bel1_ = "label1_cardinit";bel1_cardinit.Size = new System.Drawing.Size(56, 17);bel1_cardinit.TabIndex = 3;bel1_cardinit.Text = "初始化";bel1_cardinit.Click += newSystem.EventHandler(bel1_cardinit_Click);//// button1//this.button1.Font = new System.Drawing.Font("楷体", 12F,System.Drawing.FontStyle.Bold, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(134)));this.button1.Location = new System.Drawing.Point(311, 110); = "button1";this.button1.Size = new System.Drawing.Size(147, 68);this.button1.TabIndex = 2;this.button1.Text = " Y向运动控制";eVisualStyleBackColor = true;this.button1.Click += new System.EventHandler(this.button1_Click);//// button2//this.button2.Font = new System.Drawing.Font("楷体", 12F,System.Drawing.FontStyle.Bold, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, ((byte)(134)));this.button2.Location = new System.Drawing.Point(311, 194); = "button2";this.button2.Size = new System.Drawing.Size(147, 68);this.button2.TabIndex = 2;this.button2.Text = " Z向运动控制";eVisualStyleBackColor = true;this.button2.Click += new System.EventHandler(this.button2_Click);//// 丝杠运动控制//this.AutoScaleDimensions = new System.Drawing.SizeF(6F, 12F);this.AutoScaleMode = System.Windows.Forms.AutoScaleMode.Font;this.ClientSize = new System.Drawing.Size(509, 274);this.Controls.Add(bel1_cardinit);this.Controls.Add(this.button2);this.Controls.Add(this.button1);this.Controls.Add(this.button3);this.Controls.Add(this.button_cardstop);this.Controls.Add(this.button_initcard); = "丝杠运动控制";this.Text = "丝杠运动控制软件";this.ResumeLayout(false);this.PerformLayout();}#endregionprivate System.Windows.Forms.Button button_initcard;private System.Windows.Forms.Button button_cardstop;private System.Windows.Forms.Button button3;private bel label1_cardinit;private System.Windows.Forms.Button button1;private System.Windows.Forms.Button button2;}}。