液气压传动与控制第10章 伺服控制系统

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由流量连续方程可得
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若设流量增益系数为 Kx，流量压力系数为 Kp，则 有
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10.2.5 电液伺服阀 电液伺服阀是液压伺服系统中应用最多的关键元件。 它是以电气信号为输入量，以液压参数（压力和流量） 为输出量的一种伺服阀。电液伺服阀的特点是灵敏度高， 快速性好，它可以将很小的电信号，例如，10mA 的输入 电流转换成巨大的液压功率（几十千瓦以上），因而可 以驱动各种负载。 （1）基本工作原理 图 10.10所示是一种双喷嘴挡板力反馈流量伺服阀， 它主要由力矩马达、液压控制阀和反馈平衡机构组成。 力矩马达由永磁铁 1、导磁铁 2、3，衔铁 4，激磁线圈 5 组成。力矩马达的作用是将电气信号转换成转角，它是 一个电气-机械转换器。液压控制阀由双喷嘴挡板阀（喷 嘴6、挡板 7）和滑阀（阀套 9、阀心 10）组成。 24
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10.2 伺 服 阀
伺服阀有机液伺服阀和电液伺服阀两种。当输入 信号是机械量的称为机液伺服阀，当输入信号是电参 量的称为电液伺服阀，当输入量是气压信号的称为气 动伺服阀。伺服阀按结构可分为滑阀、喷挡阀、喷管 阀和转阀四种类型。其中以滑阀为主，它是最重要的 功率放大元件。喷挡阀和喷管阀一般只作为前置放大 器使用。
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④比较元件———滑阀。它将反馈信号（阀套位 移）与输入信号（阀心位移）进行比较，得出偏差信 号（开口量）。开口量的大小与方向控制了缸的运动 速度与方向。它相似于人的大脑。 ⑤放大元件———滑阀。它将阀心运动时所需的 极小功率放大到液压缸运动时所具有的极大功率。因 此，放大元件是液压伺服系统中最重要的组成部分。 ⑥负载———由执行元件所驱动的各种载荷。
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10.1 液压伺服系统概述
10.1.1 液压伺服系统的工作原理及组成 图 10.1所示是一个液压伺服系统工作原理图，系 统由伺服阀阀套 1、阀心 2、阀心弹簧 3、液压缸缸体 4、活塞杆 5、液压泵 6、单向阀7、溢流阀 8 等组成。 阀套 1 与缸体 4 固连成一个整体。泵 6 以恒定的压力 向系统供油，供油压力由溢流阀 8 调整。
第10章 伺服控制系统
伺服控制系统包括液压伺服系统和气动伺服系统 。它们是由液压或气压伺服机构组成的自动调节系统 。其特点是输出量能够自动而准确地复现输入量的变 化规律，控制精度高，响应速度快。液压伺服与气动 伺服比较，液压伺服具有输出功率大，伺服阀及控制 系统比较成熟的优势。因此，在航空、舰船、冶金、 机床等工业部门获得了广泛的应用。气动伺服系统， 由于气动伺服阀结构复杂，成本高等因素，使其应用 范围受到一定限制。
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由图 10.1可以看出，液压伺服系统由下列几部分 组成： ①给定元件———把给定量传输给阀心。给定元 件可以是机械靠模，也可以是电气元件、气动及液压 元件。 ②执行元件———液压缸。由它驱动负载，相似 于人的手和脚。 ③反馈元件———由缸体和阀套组成，由它测量 出系统的输出量，并转换成反馈信号，传给输入端与 输入信号进行比较。反馈元件可以是机械杠杆，也可 以是各类传感器。如电位计、测速电机、位移、压力 传感器等。它相似于人的感觉器官。
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10.1.2 液压伺服系统的分类 液压伺服系统的分类方法很多，下面介绍常用的 两种分类方法。 （1）按输出量的物理量纲分类 按照液压伺服系统的输出量的物理量纲不同，可 分为位置伺服系统、速度伺服系统和施力伺服系统。 （2）按传递信息的介质类型分类 按照传递信息的介质类型不同，可分为机械-液压、 电气-液压和气动-液压伺服系统。
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3）信号取消以后 当输入电流回零以后，电磁力矩随之消失。因此， 衔铁组件在反馈力矩的作用下将绕 A轴逆时针偏转， 力图使反馈杆“变直”，以消除反馈力矩。随着衔铁 的转动，挡板又将向右喷嘴靠近，使δ1 >δ2，p2k > p1k， 迫使阀心向左移动。反馈杆也随之向零位恢复，并带 动衔铁组件开始顺时针转动，因而挡板也逐渐向零位 趋近，使阀心右移的速度也逐渐慢下来。
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10.2.3 喷管阀 喷管阀又称为射流管阀，由喷管式伺服阀与液压 缸组成喷管式伺服系统。图 10.8 所示是喷管阀的工作 原理图。它由喷管 1、接收器 2组成。根据动量原理工 作，喷管可以绕轴 3摆动。接收器上的两个接收孔 4， 5分别与对称液压缸的两腔相通。压力油 ps 经转轴 3的 中心孔进入喷管，从喷管喷射出的液流被两个接收孔 4， 5 接收，并传输到缸的两腔，当没有信号输入时，喷管 处于两个接收孔的中间位置（称为零位），两个接收 孔所接收的液流的动能相同，由动能转变成压力能作 用在活塞上的油压力相等，即 p16
10.2.4 滑阀式伺服阀的特性分析 滑阀式伺服阀，有3个主要参数，也就是阀心位移 x、负载压力 pL和负载流量 qL。滑阀的压力-流量特性 ，是指在稳态情况下 qL、pL与 x之间的函数关系，即 qL=f（pL，x），这种函数关系对液压控制系统的工作 性能影响很大。下面以零开口阀为例来分析阀的压力流量特性方程及阀系数。
1）信号输入前的平衡状 当力矩马达输入线圈中的电流为零时，力矩马达 中的永久磁铁 1在 N 极导磁体 2、S 极导磁体 3与衔铁 4 形成的 4 个气隙（ a，b，c，d）中，极化磁通是完 全相同的，因此，力矩马达对衔铁不产生电磁力矩。
2）信号输入以后 当力矩马达输入线圈中通入电流时，在线圈中产 生控制磁通，并通过衔铁和 N，S极导磁体形成两个封 闭磁路，与永久磁体所形 成 的 两 个 封 闭 磁 路 相 叠 加。
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10.2.1 滑阀式伺服阀 滑阀的种类很多，可分为二通、三通和四通阀。 图 10.4是二通阀示意图，当阀心向左移动一个距离 x时， 从油源来的压力油 ps 经活塞上的节流孔 a 和滑阀控制 边 b之后流往油箱。
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10.2.2 喷挡阀 喷挡阀有单喷嘴挡板阀和双喷嘴挡板阀两种结构 形式，如图 10.7（a），（b）所示，主要由喷嘴 1、挡 板 2及固定节流孔 3等组成。它是借助挡板和喷嘴之间 的可变节流口来改变执行机构工作腔的压力，达到控 制运动速度和方向的目的。挡板一般由扭轴 4或弹簧支 承，其转角由输入信号给定。图（a）所示为单喷嘴挡 板阀。