液压伺服系统(DOC)

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;