液压伺服技术完美版.

Kc0 =
ps
K p0
=
2ps U
2-4、正开口四边滑阀的静态特性
关于零位阀系数的说明： 1、正开口四边阀的流量增益是理 想零开口四边滑阀的两倍，这是因 为负载流量同时 受两个节流窗口 的控制。 2、 正开口阀可以提高零位流量增 益并改善压力一流量曲线的线性度。 3、流量-压力系数取决于面积梯度。 4、压力增益 与面积无关。 5、这种阀由于零位泄漏流量比较 大，所以不适合大功串控制的场合。 3,4说明前面的分析的正确性。在零 位附近，实际零开口阀很类似于正 开口阀。
*
实际零开口四边滑阀阀系数的近似计算J方法。对于间隙为b，周长为ω的环形锐 边节流孔来说，在层流状态其流量可用下式计算：（在零位时各个节流口流量为总 流量一半，压降也为总压力一半 。）
Qs
=
b2 32
ps, Kc0
Qs ps
b2 32
32Cd
1
ps
Kp
b2
式说明，实际阀的KC0值与阀的面积沸度和 径向间隙有关，并且随着其增加而增加。
Kp =
Kc Kq
=
（2 ps xV
pL）
从而零位流量增益也就比
较容易准确计算和控制。 试验也证明由式计算的 值
x 零位阀系数（PL=0， V=0）
与实际零开口阀的试验值 是相符的，故可以放心地
Kq =Cd
1
ps，K c
=0，K p
=
使用。但Kp和 Kc值和实际 零开口阀的试验故相差很
大，故需寻求其他计算方 法
* 液压伺服系统
1.1 液压伺服控制系统的工作原理及组成 1.1.1 液压伺服控制系统的工作原理
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。与此同时。还对输入 信号进行功率放大，因此也是一个功率放大装置。
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(或伙移)。 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.压力一流量特性曲线：是指阀的开度一定时，负载流量与 负载压力间的关系， 压力一流量特性曲线族。
*
阀的压力一流量特性是非线性的。采用线性化理论对系统i行动态分析 时，必须把这个方程线性化。在某点（PL0,XV0)附近展成台劳级数，通常 为零点。
QL
=QL0
+
QL pL
（pL
XV 0 , pL0
Q2 =Cd A2
4、阀各节流口的流量系数相等，
即Cd1=Cd2 =Cd3 =Cd4 = Cd
Q3 =Cd A3
则有：
Q4 =Cd A4
2（p1 po）
2（p
2
p0）
2（ps
p
）
2
2（ps p1）
*
PL 称为负载压力；QL称为负载流量。 在大多数情况下，阀的窗口都是匹配的和对称
的，则有:A1= A3； A2= A4；而且Q1= Q3； Q2= Q4；
QL =Q2 ==Cd A（xV） 1（ps pL）=Cd xV 1（ps pL）
当阀芯右移时：
QL =Cd A（-xV） 1（ps pL）=-Cd xV 1（ps pL）
QL =Cd
xV xV
1（ps
xV xV
pL）
QL =Cd xV
1（1
xV xV
pL）...无因次形式
QL
=
QL Qs
2-4、正开口四边滑阀的静态特性
如图当阀在几何零位 时，四个节流窗口有相等的正开口U，并规定阀是在正开口 范围内工作的， 假定阀口是匹配且对称的，则有：
QL =Cd（U+xV） 1（ps pL） Cd A(U xV )
1（ps
p
）
L
正开口四边滑阀 的零位系数为
Kq0 =2Cd
1
ps
CdU
1
ps
通常可取b=0.005mm作为典型值来估算 。 零位压力增益主要取决于阀的径向间隙道， 而与阀的面积梯度无关。
为了对零位压力增益有一个数量概念，我们作一个典型计算。取μ=1.4*10-6Pa .S,
ρ=870Kg/m3， Cd=0.62, b=0.005mm则： Kp 1.2 *108 ps
当Ps=70MPa时，Kpo =3.375*1011Pa/ m，实践证明，此数值很容易达到，但值得注意 的是无论如何此阀系数不易取得准确数据，且其变化较大是个“软量”。
*
*
按滑阀零位时开口型式：负开口（正遮盖或正重叠）、 零开口（零遮盖或零重叠）和正开口（负遮盖或负重叠）。
滑阀按工作边数(起控制作用的阀口数)可分为：单边滑阀、双 边滑阀和四边滑阀。
另外按进、出阀的通道数：三通阀，四通阀，例如b为三通阀； 按阀芯的凸肩数目划分：a，b为两凸肩阀，c为三凸肩阀
QL为负载流量；
2、流量一压力系数Kc：它是压力一流 量曲线的切线斜率冠以负号。流量一 压力系数表示阀开度一定时，负载压 降变化所引起的负载流量变化大小。
3、压力增益(压力灵敏度) Kp：它是压 力特性曲线的切线斜率。
K
q
=
QL XV
Kc
=
QL pL
Kp
pL XV
Kq Kc
*
应当指出以下几点: (1)阀的三个系数是表征阀静态特性的三个性能参数，这些 系数在确定系统的稳定性、响应特性时是非常重要的。流 量增益直接影响系统的开环放大系数，因而对系统的稳定
*
一、轴向液动力：稳态液动力（好力利于稳定，但加重驱动力）； 瞬态液动力（时好时坏）。
矛盾，所以Q1=Q3，Q4 =Q2，ps =p1 p2；
考虑pL
=p1
p 2有p1 =
ps
2
pL
；p2
=
ps
2
pL
QL =Q2 -Q3 =Cd A2 2（p2 p0） Cd A3 2（ps p2）
=Cd A2 1（ps pL） Cd A3 1（ps pL）
* =Cd A（xV） 1（ps pL） Cd A(xV )
*
一、理想零开口因边滑阀的静态特性 理想滑阀是指径向间隙为零、工作边锐利的滑阀。理想滑阀
的静态特性可以不考虑径向间隙和工作边圆角的影响 。 1、理想零开口四边滑阀的压力一流量方程
理想零开口四边滑阀当阀芯离开中间位置时，只有两个节流口通流，其余两 个节流口完全关闭。设定阀芯左移为正，Q1= Q3 =0； Q1= Q3 ：
性、响应特性和稳态误差有直接的影响。流量-压力系数 直接影响阀一液压马达组合的阻尼系数和速度刚性。压力 增益标志着阀-液压马达组合起动大惯量或大摩擦负载的能 力，这个参数可达到很高数值，这正是伺服系统所希望的 特性。 (2点)阀是的压系力数一的流数量位曲随线工的作原点点的，变因化为而系变统化(位。置最控重制要系的统工)作经 常在原点附近工作，而此处阀的流量增益最大，因而系统 的增益最高，但流量一压力系数最小，所以阻尼最低。因 此，从稳定性的观点看，这一点是最关键的。 (3)线性化方程式的精确度和适用范围与变量的变化范围和 阀特性的线性度有关。阀特性的线性度高，变量的变化范 围小，线性化的精确性就高，阀特性的线性度高，所允许 的变量变化范围就大。
1（ps
pБайду номын сангаас
）
L
Qs =Cd A（xV） 1（ps pL） Cd A(xV ) 1（ps pL）
*
1、流量特性曲线：是指负载压降等于常数时，负载流量与 阀的开度之间的关系， 当负载压降PL =0时的流量特性称 为空载流量特性 。
*
2. 压力特性曲线：是指负载流量等于常数时，负载压降与 阀的开度之间的关系，重要的是负载流量QL=0时的压力特 性， 通常所讲的压力特性即指此而言。
pL0）+
QL XV 0
（XV
XV 0 , pL0
X
V
）+....
0
QL0
+
QL pL
（pL
XV 0 , pL0
pL0）+
QL XV 0
（XV
XV 0 , pL0
XV
）
0
QL
QL pL
XV 0 , pL0
pL +
QL XV 0
XV
XV 0 , pL0
*
阀系数：
1、流量增益Kq：它是流量曲线在某一 点的切线斜率。流量增益表示负载压 降一定时，阀单位输入位移所引起的 负载流量变化大小。
PL为负载压降；
Ps为供油压力；
Qs为供油流量;
Po为回油压力；
xv为阀芯位移；
U为开口量；
*
*
以零开口为例U=0
假设条件：
1、液压能源是理想的。对恒压源 供油压力Ps为常数;对恒流源供 油流量Qs为常数。回油压力Po为 零，如果不为零，则把Ps看成供 回油压力差。
Q1 =Cd A1
2、忽略管道和阀腔内的压力损失。 3、液体是不可压缩的。
1.1.1 液压伺服控制系统的工作原理
如图是一个机液位置 伺服系统的原理图。液 压缸的运动（输出量） 自动而准确地复现了阀 芯的运动（输入量）变 化规律。
* 1.1.1 液压伺服控制系统的工作原理
电液伺服系统：有电液伺服阀存在控制系统。 阀控系统：系统主控流量和压力元件是阀。 泵控系统：系统主控流量和压力元件是泵。 恒压源：系统能源装置输出压力为恒值。 恒流源：系统能源装置输出流量为恒值。
PL
=
PL Ps
xV
=
xV xV max
*
如图所示。因为 阀窗孔是匹配和对称 的，所以压力一流量 曲线对称于原点。图 中的Ⅰ，Ⅲ象限是马 达工况区，Ⅱ，Ⅳ、 象限是泵工况区，只 有在瞬态过程中才可 能减出小现，。 液例压如缸对xV突负然载 进行制动时，负载压 力突然改变符号，但 是由于液流和负载惯 性的影响，在一定时 间内，负载和液流仍 将保持原来的运动方 向。
设Q1Q3，由于Q1 Q2 =Qs；Q3 Q4 =Qs所以Q4 Q2
Cd A1 2（p1 po）Cd A3 2（ps p2）得（p1 po）（ ps p2）,（p1 p2）（ ps p0）
Cd A4 2（ps p1）Cd A2 2（p2 p0）得（ps p1）（ p2 p0）,（p1 p2）（ ps p0）
*
输模入、元指件令：电也位称器指或令计元算件机，等给。出输入信号(指令信号)加于系 统的输入端 。如靠 反馈测量元件： 测量系统的输出并转换为反馈信号。 如各种传感器 。 比较元件： 将反馈信号与输入信号进行比较，给出偏差信号。多为减法器。 放大转换元件： 将偏差信号故大、转换成液压信号。如 机液伺服阀、电液伺服
*
流量增益为
Kq =Cd
1（ps
p
）
L
流量-压力系
数增益为
Kc = 2
Cd x V
1
=
1（ps pL）
Cd
xV 1（ps
（2 ps
p
）
L
p
）
L
压力增益为
理想零开口四边滑阀的零
位流量增益决定于供油压 力P.和面积梯度，在Ps为常 数时，唯一的由面积梯度 所决定，因此是阀的最重 要的参数。Ps和面积梯度是 很容易测量和控制的量，
3、按控制元件分：有阀控系统和泵控系统两 类。
*
液压伺服系统与电气伺服系统相比有三个优点﹕ （1）体积小﹐重量轻﹐惯性小﹐可靠性好﹐输出功 率大﹔ （2）快速性好﹔ （3）刚度大(即输出位移受外负载影响小)﹐定位准 确。
缺点是加工难度高﹐抗污染能力差﹐维护不易﹐成 本较高。
1、阀控系统和泵控系统的基本工作原理是 什么? 它们各有什么优缺点？ 2、什么是恒压系统？什么是恒流系统？各有什 么特点？ 3、机液伺服系统和电液伺服系统的组成有什么 不同？ 4、为什么液压伺服控制系统的响应速度 快、控 制精度高？
*
实际的与理想的零开口滑阀之间的差别就在于零位泄漏特性。理想的阀具有精确
的几何形状，因而零位泄漏量为零，造成阀系数计算不准确的结果。实际阀具有径向 间隙，往往还有小于0.025 mm的正的或负的微小重叠量，这种阀的零位存在着泄漏量。 这种泄漏特性决定了阀在零区的压力一流量特性。在零区以外，由于径向间隙等影响 可以忽略，实际阀的特性和理想阀的K特c =-性QpLL是= 一Qpss ，致的。 油实口际分阀别的俊零上区压特力性表可，以在通回过油试口验接确流定K量p。 计KK将qc 或其量负杯载。通在道供关油闭压(Q力L=P0s)一，定在时负，载改通变道阀和的供 开度XV，测出相应的负载压力PL.如果使阀处于几何零位不动，改变供油压力Ps，可 以测量相应的零位泄漏流量 。
阀等。 执行元件 产生调节动作加于控制对象上，实现调节任务。如液压缸和液压马达
等。 控制对象 被控制的机器设备或物体，即负载。 此外，还可能有各种校正装只，以及不包含在控制回路内的液压能源装置。
*
1、按输入信号介质分：有机液伺服系统、气 液伺服系统、电液伺服系统等。
2、按输出物理量分：有位置伺服系统、速度 伺服系统、力(或压力)伺服系统等。