液压伺服控制系统毕业设计

（3——9）
（3——10）
式中 、 一每个线圈中的电流，安；
I0一每个线圈中的零值电流，安：
一每个线圈中的信号电流，安：
两个线圈中的差动电流
（3——11）
零值电流I0一般约为最大差动电流的一半。这样，当输入放大器的信号最大时，力矩马达一个线圈中的电流将大致为零，而在另一个线圈中将为最大的差动电流值。由于零值电流的存在，使电路的效率只有50％，但在整个系统中，电功率与液压损失相比是微不足道的，所以电路效率问题并不重要。
衔铁偏离中位时的气隙磁阻为
（3—18）
（3-19）
式中 ——气隙1和3的磁组安／韦
——气隙2和4的磁组安／韦
——衔铁端部（导磁体工作面的中心）偏离中间位置的位移，米。
在以上这些假设下磁路可有图3－6b来表示。由于这个回路是对称桥路，很明显，通过对角线气隙的磁通是相等的。
对气隙1、3和磁动势源所组成的闭合回路应用克希霍夫第二定律可得气隙合成磁通
如图1-1所示为一机液伺服控制系统。液压泵是系统的能源，它以恒定的压力向系统供油．供油压力由溢流阀调定。液压动力元件由四边滑阀和液压缸组成。
滑阀是转换放大元件，它将输入的机械信号(阀芯位移)转换成液压信号(流量、压力)输出，并加以功率放大。液压缸是执行元件，输入是压力油的流量，输出是运动速度(或位移)。滑阀阀体与液压缸体刚性连结在一起，构成反馈回路。因此，这是个闭环控制系统。
（3—24）
——衔铁在中位时气隙的控制磁通
（3—25）
衔铁在磁场中所受电磁吸力可按马克撕威尔公式计算
式中F——电磁吸力；
——气隙中的磁通；
——磁极面的面积。
由控制磁通和极化磁通在气隙中相互作用在衔铁上所产生的电磁力矩为（见图3－7）
(3——36)
式中, 是衔铁转动中心到磁极面中心的距离，F1、F4是气隙1、4处的电磁吸力，考虑到气隙2、3的情况相同，所以乘以二倍。将式（3－35）代入上式可得到
第
电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件。它能够将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号(流量与压力)输出。根据输出液压信号的不问，电液伺服阀和比例阀可分为电液流量控制伺服阀和比例阀和电液压力控制伺服阀和比例阀两大类。
3
一、电液伺服阀的组成
电液伺服阀通常由力矩马达(或力马达)、液压放大器、反馈机构(或平衡机构)三部分组成。
可得
这个结果对任何一个匹配和对称的阀都是适用的。
层流状态下液体通锐边小缝隙的流量公式可写为
式中 ——阀芯与阀套间的经向间隙；
——阀的面积梯度；
——油液的动力粘度；
——节流口两边的压力差；
零位时每个窗口的压降为 ，泄漏流量为 在层流状态下零位泄漏流量为；
实际零开口四边滑阀的零位阀系数
流量-压力系数：
压力增益：
二、液压伺服控制系统的组成
液压伺服和比例控制系统由以下一些基本元件组成：
输入元件：也称指令元件，它给出输入信号(指令信号)加于系统的输入端，是机械的、电气的、气动的等。如靠模、指令电位器或计算机等。
反馈测量元件：测量系统的输出并转换为反馈信号。这类元件也是多种形式的。各种传感器常作为反馈测量元件。
比较元件：将反馈信号与输入信号进行比较，给出偏差信号。
作为阀的驱动装置，对它提出以下要求；
1)能够产生足够的输出力和行程，问时体积小、重量轻。
2)动态性能好、响应速度快。
3)直线件好、死区小、灵敏度高和磁滞小。
4)在某些使用情况下，还要求它抗振、抗冲击、不受环境温度和压力等影响。
二、永磁力矩马达
1、力矩马达的工作原理
图2所示为一种常用的永磁动铁式力矩马达工作原理图，它由永久磁铁、上导磁体、下导磁体、衔铁、控制线圈、弹簧管等组成。衔铁固定在弹簧管上端，由弹簧管支承在上、下导磁体的中间位置，可绕弹簧管的转动中心作微小的转动。衔铁两端与上、下导磁体(磁极)形成四个工作气隙①、②、⑤、①。两个控制线圈套在衔铁之上。上、下导磁体除作为磁极外，还为永久磁铁产生的极化磁通和控制线圈产生的控制磁通提供磁路。
(4)液压元件制造精度要求高，成本高。
(5)液压能源的获得和远距离传输都不如电气系统方便。
1.4
液压伺服控制是一门新兴的科学技术。它不但是液压技术的一个重要分支．而且也是控制领域中的一个重要组成部分。
在第一次和第二次世界大战期间及以后，由于军事工业的刺激，液压伺服控制因响应快、精度高、功率—重量比大等特点而受到特别的重视，特别是近几十年，随着整个工业技术的发展，促使液压伺服控制得到迅速发展，使这门技术元论在元件和系统分面，还是在评论与应用方面都日趋完善和成熟，形成一门新兴的科学技术。
3
在电液伺服阀中力矩马达的作用是将电信号转换为机械运动，因而是一个电气—机械转换器。电气—机械转换器是利用电磁原理工作的。它由永久磁铁或激磁线圈产生极化磁场。电气控制信号通过控制线圈产生控制磁场，两个磁场之间相互作用产生与控制信号成比例并能反应控制信号极性的力或力矩，从而使其运动部分产直线位移或角位移的机械运动。
设计时间：2007年5月8日—2007年6月20日
指导教师：姓名薛风职称副教授单位：机械工程系
评阅人：姓名职称单位
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：年月日
评阅人（签名）：年月日
答辩委员会主任（签名）：年月日
第
1.1
一、液压伺服和比例控制系统的工作原理
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。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。
（3-20）
对气隙2、4可得气隙合成磁通
（3—21）
式中Mp——永久磁铁产生的极化磁动势
Nc△i——控制电流产生的控制磁动势
Nc——每个控制线圈的匝数
利用衔铁在中位时的极化磁通 和控制磁通 来表示Mp和和Nc△i更为方便，此时式（3—24），（3—25）可写成
（3——22）
（3——2Leabharlann ）式中 ——衔铁在中位时气隙的极化磁通
单边滑阀(图2-1f)
三、按阀套窗口的形状划分
矩形、圆形、三角形等多种
四、按阀芯的凸肩数目划分
二凸肩、三凸肩、四凸肩
五、按滑阀的预开口型式划分
正开口(负重叠)、零开口(零重叠)和负开口(正重叠)
2.2
一、理想零开口四边滑阀的静态特性
1、理想零开口四边滑阀的压力—流量方程
阀芯左移：
阀芯右移：
合并得：
归一化处理得：
新疆工业高等专科学校毕业设计(论文)
液压伺服控制系统
系别：机械工程系
专业班级：机械设计02-2班（民本）
姓名：努尔买买提
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完成日期：2007-6-19
新疆工业高等专科学校
毕业设计（论文）评定意见书
设计（论文）题目：液压伺服控制系统
专题：
设计者：姓名麦米提敏.色塔尔专业机械设计制造及自动化班级机械设计02-2班
一、力矩马达的分类及要求
1、力矩马达的分类
1)根据可动件的运动形式可分为：直线位移式和角位移式，前者称力马达，后者称力矩马达。
2)按可动件结构形式可分为：动铁式和动圈式两种。前者可动件是衔铁，后者可动件是控制线圈。
3)按极化磁场产生的方式可分为：非激磁式、固定电流激磁和永磁式三种。
2、对力矩马达的要求
定值控制系统：当系统输入信号为定值时称为定值控制系统。
程序控制系统：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：也称随动系统，其输入信号是时间的未知函数，而输出量能够准确、快速地复现输入量的变化规律。
二、按被控物理量的名称分类
位置伺服控制系统、速度伺服控制系统、其它物理量的控制系统。
（3——24）
将式（3－22）和（3－23）代入上式整理后可得
（3——25）
由于 ，所以式（5－28）可简化为
（3——26）
考虑到 ，式（3－26）可写成
（3——28）
所求得的气隙磁通 、 可用来计算力矩马达的电磁力，衔铁磁通 可用来计算力矩马达线圈的反动势。
3．3．2电路的计算
见图3－5。每个线圈回路的电压方程为
图1-3所示是双电位器电液位置伺服系统工作原理图。该系统控制工作台(负载)的位置。使之按照指令电位器给定的规律变化。系统由指令电传器、反馈电位器、电子放大器、电液伺服阀、液压缸和工作台组成。是一种阀控式电液位置伺服系统。
图1—5是泵控式电液速度控制系统的原理图。该系统的液压动力元件由变量泵和液压马达组成，变量泵既是液压能源又是液压控制元件。
目前，液压伺服系统特别是电液伺服系统已成为武器自动化和工业自动化的一个重要方面。在国防工业和一般工业领域都得到了广泛应用。
2.1
一、按进、出阀的通道数划分
四通阀(图2-1a、b、c、d)
三通阀(图2-1e)
二通阀(图2-1f)
二、按滑阀的工作边数划分
四边滑阀(图2-1a、b、c)
双边滑阀(图2-1d、e)
其中：
——无因次负载压力，
为阀芯最大位移时的空载流量。
——无因次负载流量，
2、理想零开口四边滑阀的阀系数
流量增益：
流量-压力系数：
压力增益
理想零开口四边滑阀的零位阀系数
流量增益：
流量-压力系数：
压力增益：
2.3
1
2、中位泄漏流量曲线
中位泄露流量曲线除可用来判断阀的加工配合质量外，还可用来确定阀的令位流量-压力系数。
3
3．3．1力矩马达磁路分析计算
图3－5为一个典型的力矩马达原理图，力矩马达的两个线圈由推挽放大器来推动。放大器中的电压Ebb使力矩马达每个线圈都建立一个零值电流（空载电流）Ｉ0。