液压伺服与比例控制系统第六章 电液伺服系统与比例系统
电液伺服系统
电液伺服系统电液伺服系统是一种将电气信号转换为液压能量的控制系统。
它通过控制液压阀的开启和关闭来调节液压执行器的工作状态，从而实现对机械装置的精确控制。
本文档将详细介绍电液伺服系统的结构、工作原理、常见问题及解决方案等内容。
一、系统结构1.1 主机部分主机部分是电液伺服系统的核心组成部分，包括电液转换器、伺服阀、传感器等。
其中，电液转换器将电信号转换为液压能量，伺服阀通过控制液压流量来控制液压执行器的运动，传感器用于监测执行器的位置和速度。
1.2 液压执行器液压执行器是电液伺服系统中的重要组成部分，主要包括液压缸和液压马达两种。
液压缸可将液压能量转换为机械能，实现直线运动；液压马达则可将液压能量转换为机械能，实现旋转运动。
1.3 控制部分控制部分由控制器和信号处理器组成，用于接收、处理和传输控制信号。
控制器可根据输入信号的变化调节伺服阀的开启度，从而实现对电液伺服系统的精确控制。
二、工作原理2.1 系统工作流程电液伺服系统的工作流程一般包括输入信号采样、信号处理、控制指令、伺服阀控制和液压执行器动作等步骤。
具体流程如下：（1）输入信号采样：传感器将液压执行器的位置和速度等信息转换为电信号，并传输给信号处理器。
（2）信号处理：信号处理器对输入信号进行滤波、放大等处理，将其转换为控制系统可识别的信号。
（3）控制指令：控制器根据输入信号的变化相应的控制指令。
（4）伺服阀控制：控制器根据控制指令调节伺服阀的开启度，控制液压系统的流量大小。
（5）液压执行器动作：伺服阀的控制信号作用于液压执行器，使其按照要求的位置和速度进行运动。
2.2 系统控制策略电液伺服系统可采用位置控制、速度控制和力控制等不同的控制策略。
其中，位置控制可实现对执行器位置的精确控制；速度控制可实现对执行器速度的精确控制；力控制可实现对执行器施加的力或扭矩的精确控制。
三、常见问题及解决方案3.1 液压系统压力不稳定可能原因：（1）供油系统压力不稳定。
伺服控制(电液伺服系统 )课件
（二）系统的闭环刚度特性
闭环惯性环节转折频率的无因次曲线
17
闭环振荡环节固有频率无因次曲线
当h和Kv/h较小时
nc h
18
当h和Kv/h较小时
2 nc 2 h — Kv / h
闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线
19
系统频宽主要受h和h的影响 和限制，应适当提高h和 h ， 但过大的 h会降低nc，影响响
应速度。
电液位置控制系统闭环频率特性曲线
4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率 接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很
大，阻尼系数比较高。
14
P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算
由于以上几点原因，估算时一般可用
Kv
h
3
电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定
裕量 易于保证。
6
位置比较用电压比较代替 缸
电液伺服阀 液压能源
样板 给定
xi 位移 ei 比较eg 电伺服 I
传感器
- 放大器
ef
力矩 马达
液压 放大元件
扰动
液压 xp
执行件
位移 传感器1
A 双传感器阀控位置控制系统
7
由计算机图 形代替样板
程序 ei 比较eg
给定
-
ef
电液伺服阀 液压能源
电伺服 i 放大器
力矩 马达
11
将电液伺服阀看成比例环节
Kv
Ke Kd Ka Ksv iDm
TL
K V ce
iD K m
4
s
t
1
e ce
i +
电液伺服阀和电液比例阀的概述
电液伺服阀和电液比例阀的概述摘要 介绍了电液伺服阀和电液比例阀的组成及功能特点，同时对两种阀进行了比较，得出两种阀的使用特点和使用场合。
关键词 电液伺服阀 电液比例阀 闭环控制 力矩马达 比例电磁铁 反馈装置1.前沿阀对流量的控制可以分为两种： 一种是开关控制：要么全开、要么全关，流量要么最大、要么最小，没有中间状态，如普通的电磁换向阀、电液换向阀。
另一种是连续控制：阀口可以根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小，这类阀有手动控制的，如节流阀，也有电控的，如比例阀、伺服阀。
所以使用比例阀或伺服阀的目的就是：以电控方式实现对流量的节流、压力控制。
2.电液伺服阀电液伺服阀是一种自动控制阀，它既是电液转换组件，又是功率放大组件，其功用是将小功率的模拟量电信号输入转换为随电信号大小和极性变化、且快速响应的大功率液压能[能量（或）和压力]输出，从而实现对液压执行器位移（或转速）、速度（或角速度）、加速度（或角加速度）和力（或转矩）的控制。
电液伺服阀通常由电气-机械转换器、液压放大器（先导阀和功率级主阀）和检测机构组成。
电液伺服阀的基本组成有前置级液压放大器的伺服阀，无论是射流放大器还是喷嘴挡板放大器，其产生阀芯驱动力都要比比例电磁铁大得多(高一个数量级)。
就这个意义上讲，伺服阀阀芯卡滞的几率比比例阀小。
特别是射流管伺服阀的射流放大器因为没有压力负反馈，前置级流量增益与压力增益都较高，推动阀芯的力更大，所以伺服阀有更高的分辨率和较小的滞环。
简单地说，所谓伺服系统就是带有负反馈的控制系统，而伺服阀就是带有负反馈的控制阀。
伺服阀的主阀一般来说和换向阀一样是滑阀结构，只不过阀芯的换向不是靠电磁铁来推动，而是靠前置级阀输出的液压力来推动，这一点和电液换向阀比较相似，只不过电液换向阀的前置级阀是电磁换向阀，而伺服阀的前置级阀是动态特性比较好的喷嘴挡板阀或射流管阀。
伺服阀的主阀是靠前置级阀的输出压力来控制的，而前置级阀的压力则来自于伺服阀的入口p，假如p口的压力不足，前置级阀就不能输出足够的压力来推动主阀芯动作。
燕山大学王牌专业液压伺服与比例控制系统6
滑阀式溢流口，端面测压
锥阀式溢流口 ，端面测压
锥阀式溢流口，锥面测压
图6.7
锥阀式直动型溢流阀
调压手柄
锥阀芯 与面测压
调压弹簧
图6.7
溢流阀的符号
直动型溢流阀结构简单，灵敏度高，但因压力直接与 调压弹簧力平衡，不适于在高压、大流量下工作。
18
直动型溢流阀 与符号的对应关系
测压孔
阀口
阀 口
比较：
进油口P1
出油口P2
泄油口L
出油口P2
导阀比较
Fs F指 p3 As
主阀比较：
F主 p3 A p2 A
图6.17 先导式减压阀原理图
主级测压面
半桥式 先导控 制部分
主级指令
阀
测压面
口
阀口
测压面 直动型溢流阀
与符号的对应关系
测压孔
减压阀符号
代表液压先导控制
半桥式 先导控 制部分
先导型减压阀 与符号的对应关系
T 电磁溢流阀原理图
电磁阀通电卸压 先导式溢流阀部分
远程调压原理
32MPa
先导式溢 流阀部分
P
25MPa
远程调压阀
25MPa 32MPa
远程调压阀 先导式溢流阀部分
输出25MPa T
6.2.4 溢流阀静态特性与动态持性
静态特性是指阀在稳态工况时的特性，动态特性是指 阀在瞬态工况时的特性。
（1） 静态特性
溢流阀期望压力P指
溢流阀压力 随流量变化曲线
因开启和闭合时，阀芯 摩擦力方向不同，导致 开启曲线与闭合曲线不重合
p
溢流阀流量变化 引起的压力波动p
要求P开>85% Pn
图6.13
液压伺服和比例控制系统ppt
差） 经放大器放大后，加于电液伺服
阀转换为液压信号（图中A、b)，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
图 7-9 统
电液伺服系
器给定的规律变化。
1-电位器；2-电液伺服阀；3-
液 压缸；4-负载；5-反 馈；
6-指令电位器；7-放大器
液压伺服和比例控制系统
第一节 液压伺服控制 第二节 电压比例控制
液压伺服阀
液压伺服阀是液压伺服系统中最重要、最基本的组成部分，它 起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用。电液伺服阀是应用最广 泛的一种，它在接受电器信号模拟后，相应输出调制的流量和压力控 制信号，控制系统压力、流量、方向的变化。它既是电液转换元件， 也是功率放大元件，它能够将小功率的微弱电器输入信号转换为大功 率的液压能（流量和压力）输出。在电液伺服系统中，它将电气部分 和液压部分连接起来，实现电液信号的转换与液压放大。电液伺服阀 是电液伺服系统控制的核心。
量油增路加关，闭而，滑液阀压开缸x0口不量动逐，渐负减载少停。止当在x一0 增个加新到的
x0
位置
上
x时i ，则开口量为零，
，达到一个新的平
衡状态。
号继续如向果右继运续动给。控反制之滑,若阀给向控右制的滑输阀入输信入号一个x负i ，位液移压x缸i 就0会(向跟左随为这负个）信
液压伺服阀系统
反液之压缸,若就给会控跟制随滑这阀个输信入号一向个左负运位动移。xi 0 (向左为负）输入信号，则
液压伺服阀
3〕射流管式伺服阀
组成：如图7-3所示,采用衔铁式力矩马达8带动 射流管及其接收口2，两个接收口直接和滑陶阀 芯5两端面连接，控制滑阀阀芯运动。滑阀陶芯 5靠一个板簧定位,其位移与滑阀阅芯两端压力 差成比例。
电液伺服控制系统
组成电液比例控制系统的基本元件： 1）指令元件 2 比较元件 3 电控器 4 比例阀 5 液压执行器 6 检测反馈元件
第6章 电液伺服控制系统
4
6.1 概述
6.1.2 电 液 比 例 控 制 系 统 的 特 点 及 组成
第6章 电液伺服控制系统
5
6.1 概述
电液比例控制的主要优点是： 1）操作方便，容易实现遥控 2 自动化程度高，容易实现编程控制 3 工作平稳，控制精度较高 4 结构简单，使用元件较少，对污染不敏感 5 系统的节能效果好。
6.功率放大级
功率放大级式比例控制放大器的 核心单元。由信号放大和功率驱动电路 组成。
根据功率放大级工作原理不同，分 为：模拟式和开关式。
第6章 电液伺服控制系统
29
6.3 电液比例电控技术
（1）模拟式功率放大级
第6章 ห้องสมุดไป่ตู้液伺服控制系统
30
6.3 电液比例电控技术
（2）开关式功率放大级
第6章 电液伺服控制系统
比例放大器根据受控对象、功率级工作原理不同，分为： 1 单路和双路比例控制放大器 2 单通道、双通道和多通道比例控制放大器 3 电反馈和不带电反馈比例控制放大器 4 模拟式和开关式比例控制放大器 5 单向和双向比例控制放大器 6 恒压式和恒流式比例控制放大器
第6章 电液伺服控制系统
16
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
18
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
19
6.3 电液比例电控技术
2.输入接口单元 （1）模拟量输入接口
2 数字量输入接口 3 遥控接口
第6章 电液伺服控制系统
20
电液控制技术(1)及应用
比例阀技术初步
• 比例阀介于常规开关阀和闭环伺服阀之间已成
为现今液压系统的常用组件,液压工业从比例阀 技术的发展而获益匪浅。
• 看一个例子：
比例阀技术对于液压系统究竟意味着什么
比例阀技术对于液压系统究竟意味着什么
上图说明了信号流程： 输入电信号为电压多数为0至9V由信号放大器成比例地转化为
电流即输出变量如1mV相当于1mA； 比例电磁铁产生一个与输入变量成比例的力或位移输出； 液压阀以这些输出变量力或位移作为输入信号就可成比例地输 出流量或压力； 这些成比例输出的流量或压力输出对于液压执行机构或机器动 作单元而言意味着不仅可进行方向控制而且可进行速度和压力 的无级调控； 同时执行机构运行的加速或减速也实现了无级可调如流量在某 一时间段内的连续性变化等。
如果对于不带位移传感器的直动式比例方向阀，其滞环一 般为5-6%，重复精度2-3%。
比例方向阀-直动式
控制阀芯的结构：
图示，比例阀控制阀芯与普通方向阀 阀芯不同，它的薄刃型节流断面呈三 角形。用这种阀芯形式，可得到一条 渐增式流量特性曲线。
阀芯的三角控制棱边和阀套的控制棱
边，在阀芯移动过程中的任何位置上，
比例泵的恒压、恒流、压力流量复合控制等多种功能控制块 ，可采用组合叠加方式；
控制放大器、电磁铁、和比例阀组成电液一体化结构。
电液比例控制的技术特征
带比例电磁铁的比例阀和比例泵为电气控制提供了良好的接 口无论对于顺序控制的生产机械还是其它可编程的控制/驱动 系统都提供了极大的灵便性。 比例控制设备的技术优势主要在于阀位转换过程是受控的设 定值可无级调节且实现特定控制所需的液压元件较少从而减 少了液压回路的投资费用。 使用比例阀可更快捷更简便和更精确地实现工作循环控制并 满足切换过程的性能要求由于切换过渡过程是受控的避免产 生过高的峰值压力因而延长了机械和液压元器件的使用寿命 。
液压伺服、比例控制
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。
第六章电液调节系统中的主要部件
Main parts of DEH
SEPI
电 液 调 节 系 统
电子调节装置 阀位控制装置（电液伺服装置） 配汽机构 调节对象
SEPI
第一节
电子调节装置
Electric control equipment
１、转速测量元件 转速信号转变为直流电压模拟信号后发送给ＤＥＨ
SEPI
５、功率校正器 ＰＩ调节器
６、调节级压力校正器
ＰＩ调节器
SEPI
第二节
阀位控制装置
Valve control equipment
１、电液转换器 阀位偏差信号（电信号）；转换放大； 液压信号（调节油压）；控制油动机 断流式电液转换器 继流式电液转换器 蝶阀型电液转换器
SEPI
２、油动机 调节信号的最后一级放大 双侧进油式油动机 单侧进油式油动机 指标：提升力 油动机时间常数
SEPI
第三节配汽机构源自Executive body
１、传动机构 杠杆式传动机构
凸轮式传动机构
２、调节阀 单阀、双阀 调节阀升程流量特性 调节阀升程提升力特性
SEPI
第四章 跟踪滑阀
Tracking
存在于电调与液调并存的控制方式 中
切换时无扰动
SEPI
转 速 测 量 元 件
磁阻发讯器（永久磁钢、铁芯、线圈）
频率（转速）变送器
SEPI
n
N
S
SEPI
整形
微分
单稳
滤波
SEPI
２、功率测量元件 霍尔定律：半导体薄片置于磁场中，当沿薄片 的一对边通以电流，则另一对边就 会产生电势。
３、功率反调校正元件 转速变化信号落后于功率变化信号
电液伺服与比例控制简介
7
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2、射流管式电液伺服阀 图10-3是MOOG公司D661-G系列位移电反 馈射流管式伺服阀的结构示意图，本书以该阀为 例介绍射流管阀的工作原理。
图10-3 射流管式二级电液伺服阀 1—力矩马达；2—射流管；3—放大器；4—位置反馈 传感器；5—主阀芯
指令信号和 反馈信号的差值 通过电流负反馈 放大器3放大作 用在先导阀的力 矩马达1上，如 果差值不为零， 这样产生的转矩 驱动射流管2发 生偏转，使得主 阀芯5两端产生 压降而发生移动。 同时，位置反馈 传感器4与主阀 一起移动，
11
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1、电液比例方向阀
1. 直动式的比例方向阀 图10-4是最普通的直动式比例方向阀的典型结构。
图10-4 直动式比 例方向阀 1—阀体 2—控制 阀芯 3、4—弹簧 5、6—电磁铁 7— 丝堵
工作原理：电磁铁5和6不带电时，弹簧3和4将控制阀 芯2保持在中位。比例电磁铁得电后，直接推动控制阀芯2， 例如，电磁铁b（6）得电，控制阀芯2被推向左侧，压在 弹簧3上，位移与输入电流成比例。这时，P口至A口及B 口至T口通过阀芯与阀体形成的节流通道。电磁铁6失电， 2被3重新推回中位。弹簧3，4有两个任务：①电磁铁5和 6不带电时，将控制阀芯2推回中位；②电磁铁5或6得电时， 其中一个作为力—位移传感器，与输入电磁力相平衡，从 而确定阀芯的位置。 12
3
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电气伺服放大器、电液伺服阀均属于此类元件。 执行元件——将产生调节动作的液压能量加 于控制对象上的元件，如液压缸和液压马达。 控制对象——各类生产设备，如机器工作台、刀 架等。 比例控制元件的也包括上述六部分组成，所 不同的是放大、能量转换元件为比例放大器和电 液比例阀。
4
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液压伺服与比例控制系统课件
液压比例控制系统的优缺点
缺点
容易出现泄漏和污染：液压系统存在一定的泄漏和污染问题，需要采取措施进行防护。
对温度和压力变化敏感：液压系统的性能受到温度和压力变化的影响较大，需要进行补偿和 调整。
04
液压伺服与比例控制系统的设计 与应用
缺点
维护成本高、液压油易污染、温 度变化影响大、管道复杂、对油 液清洁度要求高等。
03
液压比例控制系统的工作原理
液压比例控制系统的组成
控制器
用于接收输入信号，并生 成控制指令。
执行器
根据控制器的指令，驱动 液压比例阀，以实现对流 量的控制。
反馈传感器
监测执行器的位置或速度 ，将其转化为电信号反馈 给控制器，以形成闭环控 制。
促进工业技术创新
液压伺服与比例控制系统的发展推动了工业技术的创新， 为工业生产带来了更多的可能性，为工业发展注入了新的 动力。
改变工业生产模式
液压伺服与比例控制系统的应用改变了传统的工业生产模 式，实现了更加智能化、网络化的工业生产，为工业发展 带来了新的机遇和挑战。
THANKS
感谢观看
液压伺服与比例控制系统的安全操作规程
在操作前阅读使用手册，按照手册要 求进行操作。
检查液压系统的各个部件是否正常， 无泄漏和损伤。
在操作过程中，不要在危险的情况下 进行操作，如设备故障、人员伤害等 。
在操作过程中，要注意安全保护措施 ，如佩戴安全帽、安全手套等。
06
液压伺服与比例控制系统的发展 趋势及未来展望
液压比例控制系统的分类
按控制方式
开环控制、闭环控制。
按液压执行元件
比例控制系统和和伺服控制系统的比较
比例控制系统和伺服控制系统的优缺点比较：（1）在电液比例控制元件中采用的驱动装置是比例电磁铁，由于该驱动装置具有电阻小、电流大、感性负载大以及驱动力大的优点，但是其实际的响应速度慢。
（2）电液伺服控制元件采用的驱动装置时力矩马达或力马达（动圈式电——机械转换器），其具有的特点是输出功率较小、感抗小、驱动力小，但是响应速度快。
（3）电液伺服阀几乎没有零位死区，其通常在零位附件工作，故其只能在闭环控制系统中使用，所以伺服控制系统都是闭环控制系统。
（4）比例阀（如比例方向阀）对零位没有特殊要求，所以比例控制系统既可以是一个闭环控制系统，也可以是一个开环控制系统。
（5）比例控制系统中常用的比例换向阀阀芯加阀套的结构中，阀体充当了阀套的角色，一般是具有互换性的；而伺服控制系统中的伺服阀是采用阀芯加阀套的结构，两者共同组合成了一个组件，要求的加工精度非常高，且不具有互换性，从而使得伺服阀与比例阀的相比，其加工难度更高，技术要求更高，从而产品价格更高。
（6）比例控制系统中采用的比例阀具有多种中位机能，所以此类阀能够在多种工况下使用；而伺服阀仅仅只具有O型中位机能，其能够适应的工况单一。
（7）伺服控制系统中对伺服阀前后的压差有严格的要求，通常都是1/3的供油压差；而比例控制系统中比例阀正常工作时对阀口压差没有严格要求，只是在压差较大的工况下，其性能更佳。
（8）伺服控制系统的主要优点是其响应速度快，控制精度高，但是其缺点是系统复杂，系统中使用的元件繁多，并且其对流体介质的清洁度要求非常高，系统的制造成本和维修成本高昂，系统能耗大，大多的工业用户无法接受。
总之电液比例控制系统的主要优点是结构简单，系统中使用的元件数量较少，对油液的污染敏感性不高，系统节能效果好，但是其响应的速度和运动精度没有伺服系统高。
而伺服系统具有非常高的运动精度和非常快的响应速度，但是系统元件的制造工艺复杂，系统的成本大，能量浪费较多。
电液比例与伺服控制系统概述
1.2.2典型液压伺服系统
（1）车床液压仿形刀架
1.2.2典型液压伺服系统
（1）车床液压仿形刀架
电液仿形液压控制系统
1.2.2典型液压伺服系统
（2）工作台位置控制伺服系统
执行元件
被控对象
放大元件
传感器1
比较元件
传感器2 指令元件
1.2.2典型液压伺服系统
（3）伺服变量泵控制液压马达的速度控制系统
第一章 电液比例与伺服 控制系统概述
本章主要内容为 ：
❖ 1.1 电液比例与伺服控制技术发展概况 ❖ 1.2 液压伺服系统基本概念及典型系统举例 ❖ 1.3 电液比例控制系统工作原理及特点 ❖ 1.4 电液比例与伺服控制系统的分类及组成
1.1电液比例与伺服控制系统发展概况
1.1电液比例与伺服控制系统发展概况
军工：自动火炮系统（高低位机） 交通：汽车伺服转向、飞机舵机 冶金：轧机液压厚度自动控制系统
带钢跑偏控制系统 连续铸钢控制系统
航空航天：飞行模拟器、环境模拟设备
射出成型機之射出壓力控制系統
軋鋼厚度控制
動力輔助轉向系統
碟式煞車機構
鼓式煞車機構
液壓剎車系統
ABS（Anti-Lock Brake System） 防鎖死煞車系統
1.2液压伺服系统基本概念及典型 系统举例
❖ 伺服系统
凡是输出能以一定精度自动、快速、准确地复现 输入变化规律的自动控制系统
❖ 液压伺服系统
采用液压控制元件和液压执行元件的伺服系统
伺服控制 ❖ 控制物体的位置、方向、姿态，并能追踪任意变化
之目标的控制系统
液压伺服控制 ❖ 能以一个极小的信号输入，来控制出力极大的液压
船舶操控系統1
第六章电液比例阀及比例控制回路(2015)详解
电梯举例 – 比例系统
如果采用比例阀来替代电磁换向阀和流量控制阀，那么，电梯速度不仅可由电信号调 节，而且还可以控制电梯的启停。
电梯举例 – 比例系统
比例阀可以非常缓慢地开启，以使电梯平滑加速至最大速度。
电梯举例 – 比例系统
同样，通过将阀芯缓慢移动至中位，也可以控制减加速度。
运动控制
因此，比例阀通常能够完成下列几方面的全运动控制：
电磁换向阀的响应时间
0.025
S
由于复位弹簧力比电磁力低，所以，电磁换
向阀的断电响应时间稍微长一些（一般约为 25ms）。
比例阀的响应时间
S
不过，比例阀阀芯的运动 速度可由输入给比例电磁 铁的电信号确定。通过渐 增或渐降（称之为斜坡） 电信号，可以获得几秒钟 的通电和断电响应时间。
比例阀的响应时间
中位死区
3-10 7/21
25 0.5 ~ 2
1~3 0.5 20 ~ 200 0.05 ~ 5
无
1~3 0.5 1 ~ 30 10 ~ 24
有
25 0.25 ~ 0.5
25 0.25 ~ 0.5
4~7 ±1 1~5 10 ~ 30
有
有
比例控制系统发展
第二次世界大战期间，由于以飞机、火炮等军事装备为对象的控制系统 ，要求快速响应、高精度等高性能指标，在这个背景下迅速发展了电液 伺服控制。
图6-1 电液比例开环控制系统方框图
图6-2 电液比例闭环控制系统方框图
目前，最常用的分类方式是按被控对象(量或参数)来进行分 类。则电液比例控制系统可以分为：
比例流量控制系统 比例压力控制系统 比例流量压力控制系统 比例速度控制系统 比例位置控制系统 比例力控制系统 比例同步控制系统
液压伺服系统电液伺服系统课件
随着科技的不断发展，液压伺服系统也在不断创新和完善。未来，液压伺服系统将朝着智能化、数字 化、网络化方向发展，实现更高效、更精准的控制。同时，液压伺服系统还将更加注重环保和节能， 推动绿色制造和可持续发展。
02 电液伺服系统基础知识
电液转换元件
01
02
03
伺服阀
将电气信号转换为液压流 量或压力，实现液压执行 机构的精确控制。
速度同步
采用液压伺服系统实现多工位、多执行机构的速 度同步，优化生产流程。
航空航天领域中的应用
飞机起落架收放系统
通过电液伺服系统实现飞机起落架的平稳收放，确保飞行安全。
发动机推力控制
利用液压伺服系统对航空发动机进行精确的推力控制，提高飞行 性能。
飞行姿态调整
采用电液伺服系统实现飞行姿态的快速、精确调整，满足复杂飞 行需求。
仿真分析
在系统模型的基础上，进行仿真分析，包括系统动态响应、控制精度、稳定性等方面的评估，以验证设计的合理性。
优化设计
根据仿真分析结果，对系统进行优化设计，包括调整元件参数、改进控制策略等，以提高系统性能。
04 电液伺服系统实现技术
硬件平台搭建
控制器选择
根据系统需求，选用合适的控制器，如PLC、DSP等，确保控制精 度和实时性。
元件选型与计算
元件选型
根据规格书要求，选择合适的液压泵 、马达、阀等元件，确保系统性能达 标。
元件计算
对所选元件进行详细的计算和分析， 包括流量、压力、功率等参数，确保 元件之间的匹配性和系统的稳定性。
系统仿真与优化
系统建模
利用AMESim、MATLAB/Simulink等仿真软件，建立液压伺服系统的数学模型，为后续仿真分析提供基础。
液压伺服与比例控制系统基本知识
第七章液压伺服与比例控制系统基本知识第一节概述液压传动的三个阶段：开关控制、伺服控制和比例控制。
在普通液压传动系统应用中，控制方式无论是采用手动、电磁、电液等形式，还是采用计算机或可编程控制器（PLC），都属于开关式点位控制方式，控制精度和调节性能不高。
狭义上讲，伺服系统是指输出能以一定精度跟随输入的位置控制系统。
目前常把各种机械量（位移、速度和力）的自动控制系统统称为伺服系统。
故液压伺服系统是指以液压为动力的机械量自动控制系统。
系统中信号的传输和控制部分如采用电气，则为电液伺服系统，也属于液压伺服系统的范畴。
和电气伺服系统相比，液压伺服系统具有体积小、重量轻、响应快等优点。
液压伺服控制组成框图（图7－1）指令元件：按要求给出控制信号的器件，如计算机、可编程控制器、指令电位器或其它电器等；检测反馈元件：检测被控制量，给出系统的反馈信号，如各种类型的传感器；比较元件：把具有相同形式和量纲的输入控制信号与反馈信号加以比较，给出偏差信号。
比较元件有时不一定单独存在，而是与指令元件反馈检测元件及放大器组合在一起，由一个结构元件完成；放大、转换和控制元件：将偏差信号放大，并作为能量形式转换（电—液；机—液等），变成液压信号，去控制执行元件（液压缸、液压马达等）运动。
一般是放大器、伺服阀、电液伺服阀等；执行元件：直接对被控对象起作用的元件。
如液压缸、液压马达等；被控对象：液压系统的控制对象，一般是各类负载装置。
按被控制量是否被检测与反馈：开环控制系统，闭环控制系统。
按液压控制元件的不同：阀控系统，泵控系统。
按信号产生和传递方式的不同：机械—液压伺服系统，电气—液压伺服系统。
按被控对象的不同：流量控制，压力控制，位置控制，速度控制，复合控制。
按输入信号的变化规律：定值控制，程序控制，伺服控制。
液压伺服控制系统的优点：系统刚度大、控制精度高、响应速度快，可以快速启动、停止和反向。
缺点：其控制元件（只要是各类伺服阀）和执行元件因为加工精度高，所以价格贵、怕污染，对液压油的要求高。
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统中加滞后校正、速度与加速度校正、压力反馈和动压反馈校 正的主要目的是什么？ 7.电液速度控制系统为什么一定要加校正，加滞后校正和加积分 校正有什么不同? 8.在力控制系统中负载刚度对系统特性有何影响?影响了哪些参 数? 9.力控制系统和位置控制系统对伺服阀的要求有什么不同？为什 么?
电液速度控制系统按控制分式可分为：
1、阀控液压马达速度控制系统 2、泵控液压马达速度控制系统。
一 、阀控马达速度控制系统
二、 泵控马达速度控制系统
1. 泵控开环速度控制系统
2. 带位置环的泵控闭环速度控制系统
3. 不带位置环的泵控闭环速度控制系统
6.5 电液力控制系统
以力为被调量的液压伺服控制系统称为液压力控制系 统。
二、 数字伺服系统
6.2 电液位置伺服系统的分析
一 、系统的组成
二、 系统的稳定性分析
45o 20 lg K g 6dB
三、 系统响应特性分析
系统闭环响应特性包括对指令信号和对外负载力矩 干扰的闭环响应两个方面。
1.对指令输入的闭环频率响应
首先求得系统的闭环传递函数，然后通过用图表根 据开环参数求取具体的闭环参数，最后得到系统的闭环 频率响应曲线，从而得到系统的闭环频宽这一指标。如 图6-10所示。
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第6章 电液伺服系统
本章摘要
•介绍电液伺服系统类型
•讲述了三种典型电液伺服系统（位置、速度、 力）的分析
•对电液伺服系统的校正方法加以论述
6.1 电液伺服系统的类型
一、模拟伺服系统
在模拟伺服系统中，全部信号都是连续的模拟量。
除了速度误差和负载误差外，放大器，电液伺服阀的零 漂，死区以及负载运动时的静摩擦都要引起位置误差，该类 误差成为系统的静差。
经分析得，为了减小零漂和死区等引起的干扰误差，应 增大干扰作用点以前的回路增益（包括反馈回路的增益）。
6.3 电液伺服系统的校正
一 、 滞后校正
1. 滞后校正的特点 滞后校正的主要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。
该曲线反映了
伺服系统的响应能 力。系统响应的快 速性可用频宽表
示。幅值频宽是幅 值下降至-3dB时所 对应的频率范围； 相位频宽是相位滞 后90°时所对应的 频率范围。该图表 明，系统的频宽近 似于闭环惯性环节 的转折频率。
2. 系统的闭环刚度特性
系统的闭环刚度远远 大于系统的开环刚度，系统 的闭环刚度与开环放大系数 成正比。
2. 滞后校正举例
二 、速度和加速度校正
速度反馈校正的主要作用是提高主回路的静态刚 度，减少速度反馈回路内的干扰和非线件的影响，提高 系统的静态精度。
加速度反馈校正主要是提高系统的阻尼。
三 、 压力反馈和动压反馈校正
采用压力反馈和动压反馈校正的目的是提高系统的阻尼。
6.4 电液速度控制系统
r ( s ) 1 +G ( s )
s2 s( 2
wh
+
2 h s +1) +K
wh
v
利用拉氏变换的终值定理，求得指令输入引起的稳态误差为
er ( ) =lim sEr (s) =lim ser (s) r (s)
s 0
s 0
2. 负载干扰力矩引起的稳态误差 由负载干扰力矩引起的稳态误差称负载误差。根据
Xv
Kq
s2
K
ce
Ap
(
2
wm
+1)
(s wr
s2 +1)(
2
w0
+
2 0s w0
+1)
Fg
K fF
系统开环传递函数
s 2
G
(s
)H
(s
)=
K
0GSV
(s)
2 m
+1
r
+1⎟⎟s⎜20 ⎜+0s
2
s
2 0 +1
三、系统特性分析
思考题
1.考虑伺服阀的动态时，如何用频率法分析系统的动态特性？ 2.有哪些因素影响系统的稳态误差? 3.在电液伺服系统中为什么要增大电气部分的增益，减小液压部
在工程实际中，力控制系统应用的很多，如材料试验 机、结构物疲劳试验机、轧机张力控制系统、车轮刹车装 置等都采用电液力控制系统。
一 、 系统组成及工作原理
二、 基本方程与开环传递函数
通过列写伺服阀传递函数以及阀控液压缸的三大基本 方程，可得力控制系统的方块图：
Ur + v (s)
图6-5可求得系统对外负载力矩的误差传递函数为
eL (s) =EL(s)= TL (s)
c (s)= TL (s)
K ce i 2 Dm 2
(1
+ Vt 4eK ce
s)
s2 s( 2
wh
+
2 h s
wh
+1)
+K
v
eL
( )
=lim
s 0
s
eL ( s ) T L ( s )
3. 零漂和死区引起的稳态误差
四 、系统的稳态误差分析
1. 指令输入引起的稳态误差
稳态误差是输出量的希望值与它的稳态的实际值之 差。它由指令输入，外负载力干扰和系统中的零漂，死区 等内干扰引起。
结合稳态误差公式可得系统对指令输入的误差传递函数
为
er ( s ) = E r ( s ) =
1
=
s
(
s w
2
2 h
+2hs +1)
wh