(推荐)液压伺服系统
液压伺服系统
块图可得系统开环传递函数为
G(s)H
(s)
=
Kv s(ωs2h2 +2ωζhh
s+1)
(5-3)
式中
Kv——开环放大系数(也称速度放大系数)， K v
=
KqK f Ap
式(5-3)中含有一个积分环节，因此系统是 I 型伺服系统。 由式(5-3)可画出开环系统伯德图，如图 5-3 所示。在ω < ωh 时，低频渐近线是
3.机液位置伺服系统举例 液压仿形刀架是机械液压位置控制系统的典型应用实例，它适用于车、铣、刨、
磨的机械加工。液压仿形刀架工作原理图如图 5-4 所示。
图 5-4 液压仿形刀架工作原理图
在仿形车床上，它可以仿照模板的形状自动加工出各种形状的轴类或旋转体
4／14
工件。它在机械制造业中得到广泛的应用。 （1）液压仿形刀架的结构及其工作原理
由此可知，仿形刀架是一个典型的机械液压位置控制系统。它的输入量是触头 的位移xi，输出量(即被控制量)是液压缸缸体的位移y，伺服阀在该系统中起到了比 较、放大和控制作用，液压缸是系统的执行元件，反馈、检测由杠杆完成。该系 统的工作原理可用图 5-5 职能方框图描述。
图 5-5 液压仿形刀架职能方框图
(5-6)
在设计液压位置伺服系统时，可以把它作为一个经验法则。 由图 5-3 所示的伯德图可以看出，穿越频率近似等于开环放大系数，即
ωc ≈ Kv
(5-7)
实际上ωc 稍大于Kv，而系统的频宽又稍大于ωc 。所以开环放大系数愈大，系统的
响应速度愈快。另外，开环放大系数越大，系统的控制精度也越高。所以要提高
直驱式容积控制DDVC电液伺服系统及应用液压控制技术在工业
自动化中的应用直驱式容积控制DDVC电液伺服系统及应用液压控制技术在工业自动化中的应用一、前言随着工业自动化的不断发展，液压伺服系统作为一种优秀的动力传递和控制手段，被广泛应用于各种机械设备中。
其中，液压控制技术是实现高精度、高可靠性、大功率控制的关键技术之一。
本文将介绍一种新型的电液伺服系统——直驱式容积控制DDVC电液伺服系统，并探讨其在工业自动化中的应用。
二、直驱式容积控制DDVC电液伺服系统介绍1. 液压伺服系统的优缺点液压伺服系统是一种以液压元件为主要执行元件的动力传递和控制系统。
与机械传动和电传动相比，液压伺服系统具有以下优点：1.传动可靠、功率密度高2.传动平稳、响应快、精度高3.可以长时间连续运行4.可以抵抗恶劣环境的干扰和故障但是，液压伺服系统也有一些缺点：1.系统复杂、维护成本高2.需要较大的动力单元来提供液压能量3.液压元件噪音大、污染环境4.其调节性能受到流量特性和压力特性的限制2. 直驱式容积控制DDVC电液伺服系统的基本原理直驱式容积控制DDVC电液伺服系统是在已有容积式液压传动系统基础上，采用数字控制技术、高效率磁力直驱技术和容积控制技术相结合而成的一种新型的伺服系统。
其基本原理是通过等量液压缸直接驱动负载，纯数字化控制液压泵的输出流量和压力，实现系统的高精度、高效率、低噪音、无油污染和全数字化控制。
3. 直驱式容积控制DDVC电液伺服系统的主要特点直驱式容积控制DDVC电液伺服系统相比传统液压系统，具有如下特点：1.直接驱动负载，转换效率高2.无须传统控制阀和液压元件，系统压降小，无噪音，无油污染3.系统响应快、精度高、调控性能稳定、可靠性高4.可虚拟仿真工艺，大大缩短产品开发周期，提高产品质量和竞争力5.适应范围广，可广泛应用于各种机械设备中，特别是工业自动化领域三、直驱式容积控制DDVC电液伺服系统在工业自动化中的应用直驱式容积控制DDVC电液伺服系统在工业自动化中，可应用于各种液压传动系统，如卷取、输送、成型、调节、挤出等。
液压伺服系统
控制元件-电液伺服阀
挡板 先导控制油腔
喷嘴
挡板一方面与力 矩马达衔铁连接， 另一方面，其穿过 两个喷嘴，与主阀 芯连接。
主阀芯
压缸停止运动。
喷嘴挡板阀的优点是结构简单、
加工方便、运动部件惯性小、反应快、
精度和灵敏度高；缺点是能量损耗大、
抗污染能力差。喷嘴挡板阀常用作多
级放大伺服控制元件中的前置级。
图7.11 喷嘴挡板阀的工作原理 1－挡板；2、3－喷嘴；4、5－
节流小孔
§7.3 电液伺服阀
电液伺服阀是电液联合控制的多 级伺服元件，它能将微弱的电气输入 信号放大成大功率的液压能量输出。 电液伺服阀具有控制精度高和放大倍 数大等优点，在液压控制系统中得到 了广泛的应用。
图7.4 速度伺服系统职能方框图
实际上，任何一个伺服系统都是由这些元件（环节） 组成的，如图7.5所示。
图7.5 控制系统的组成环节
下面对图中各元件做一些说明：
（1）输入（给定）元件。通过输入元件，给出必要的 输入信号。如上例中由给定电位计给出一定电压，作为系 统的控制信号。
（2）检测、反馈信号。它随时测量输出量（被控量） 的大小，并将其转换成相应的反馈信号送回到比较元件。 上例中由测速发电机测得液压缸的运动速度，并将其转换 成相应的电压作为反馈信号。
（5）执行元件（机构）。直接带动控制对象动作 的元件或机构。如上例中的液压缸。
（6）控制对象。如机器的工作台、刀架等。
3.液压伺服系统的分类
伺服系统可以从下面不同的角度加以分类。
（1）按输入的信号变化规律分类：有定值控制系统、程 序控制系统和伺服系统三类。
当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统，其基本 任务是提高系统的抗干扰能力。当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。伺服系统也称为随动 系统，其输入信号是时间的未知函数，输出量能够准确、迅 速地复现输入量的变化规律。
液压伺服系统
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。
液压伺服系统
图10-10 电液伺服阀
二、电液伺服阀工作原理
1.力矩马达工作原理
磁铁把导磁体磁化成N、S极， 形成磁场。 线圈无电流时，力矩马达无力 矩输出，挡板处于两喷嘴中间；当 输入电流通过线圈使衔铁3左端被 图10-10 电液伺服阀 磁化为N极，右端为S极，衔铁逆时 针偏转。弹簧管弯曲产生反力，使衔铁转过θ 角。电流越大 θ 角就越大，力矩马达把输入电信号转换为力矩信号输出。
二、射流管阀
射流管阀由射流管1和接收板2组成。射流管可绕Ｏ 轴左右摆动一个不大的角度，接收板上有两个并列的接 收孔a、b，分别与液压缸两腔 相通。压力油从管道进入射流 管后从锥形喷嘴射出，经接收 孔进入液压缸两腔。 射流管偏向哪个接收孔， 油缸相应的工作腔压力提高， 缸体就向那个方向运动。
图10-8 射流Βιβλιοθήκη 阀图10-6 四边节流滑阀结构示意图
4、三种节流边的对零状态
1）负开口 （xs＜0）有较大的不灵敏区，较少采用（图10-7a）
2）正开口
（xs＞0）工作精度较负开口高，但功率损耗大，稳 定性也较差。（图10-7b） 3）零开口 （xs=0）其工作 精度最高，制造 工艺性差。（图10-7c）
图10-7 滑阀的不同开口形式
图10-3 液压伺服控制系统流程图
三、液压伺服系统分类
按输出物理量分类：位置、速度、力伺服系统
按信号分类：机液、电液、气液伺服系统
按元件分类：阀控系统、泵控系统
液压伺服系统与电气伺服系统相比优点﹕
1）体积小﹐重量轻﹐惯性小﹐可靠性好﹔
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。
跟随缸体移动到挡板两边对称位 置时，缸运动停止。
图10-9 喷嘴挡板阀
2 液压伺服系统
，它可以绕扭轴在a、b、c
、d四个气隙中摆动。
力矩马达 1——放大器； 2——上导磁体； 3——永久磁铁； 4——衔铁； 5——下导磁体； 6——弹簧管； 7——永久磁铁
当线圈控制电流为零时，四个 气隙中均有永久磁铁所产生的固定 磁场的磁通，因此作用在衔铁上的 吸力相等，衔铁处于中位平衡状态 。通入控制电流后，所产生的控制 磁通与固定磁通叠加，在两个气隙 中（例如，气隙a和d）磁通增大， 在另两个气隙中（例如，气隙b和c ）磁通减少，因此作用在衔铁上的 电磁力矩与扭轴的弹性变形力矩及 外负载力矩平衡时，衔铁在某一扭 转位置上处于平衡状态。
（5）执行元件（机构）。直接带动控制对象动作 的元件或机构。如上例中的液压缸。
（6）控制对象。如机器的工作台、刀架等。
液压伺服系统的分类(1/2)
3.液压伺服系统的分类
伺服系统可以从不同的角度加以分类。
（1）按输入的信号变化规律分类：有定值控制 系统、程序控制系统和伺服系统三类。
当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统， 其基本任务是提高系统的抗干扰能力。当系统的输 入信号按预先给定的规律变化时，称为程序控制系 统。伺服系统也称为随动系统，其输入信号是时间 的未知函数，输出量能够准确、迅速地复现输入量 的变化规律
动圈式力马达的线性行程范 围大（±2～4mm），滞环小， 可动件质量小，工作频率较宽， 结构简单，但如采用湿式方案， 动圈受油的阻尼较大，影响频宽 ，适合作为气压比例元件。
二、力矩马达
由上下两块导磁体、左
右两块永久磁铁、带扭轴
a
b
（弹簧管）的衔铁及套在
c
d
衔铁上的两个控制线圈所
组成。衔铁悬挂在扭轴上
液压伺服系统的分类(2/2)
液压伺服系统.
第11章
§11.1 概述
液压伺服系统
§11.2 典型的液压伺服控制元件 §11.3 电液伺服阀
3.液压伺服系统的分类 伺服系统可以从下面不同的角度加以分类。 （1）按输入的信号变化规律分类：有定值控制系统、程 序控制系统和伺服系统三类。 当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统，其基本 任务是提高系统的抗干扰能力。当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。伺服系统也称为随动 系统，其输入信号是时间的未知函数，输出量能够准确、迅 速地复现输入量的变化规律。 （ 2 ）按输入信号的不同分类：有机液伺服系统、电液伺 服系统、气液伺服系统等。 （ 3 ）按输出的物理量分类：有位置伺服系统、速度伺服 系统、力（或压力）伺服系统等。 （4）按控制元件分类：有阀控系统和泵控系统。 在机械设备中，阀控系统应用较多，故本章重点介绍阀 控系统。
4.液压伺服系统的优缺点 液压伺服系统除具有液压传动系统所固有的一系 列优点外，还具有控制精度高、响应速度快、自动化程 度高等优点。 但是，液压伺服元件加工精度高，因此价格较贵； 对油液污染比较敏感，因此可靠性受到影响；在小功率 系统中，液压伺服控制不如电器控制灵活。随着科学技 术的发展，液压伺服系统的缺点将不断得到克服。在自 动化技术领域中，液压伺服控制有着广泛的应用前景。
图11.2 液压缸速度调节过程示意图
液压伺服系统的工作原理和特点(3/5)
由图 11.2 中可以看出，输出量（液 压缸速度）通过操作者的眼、脑和手来 影响输入量（节流阀的开口量）。这种 反作用被称为反馈。在实际系统中，为 了实现自动控制，必须以电器、机械装 置来代替人，这就是反馈装置。由于反 馈的存在，控制作用形成了一个闭合回 路，这种带有反馈装置的自动控制系统， 被称为闭环控制系统。图 11.3 为采用电 液伺服阀控制的液压缸速度闭环自动控 制系统。这一系统不仅使液压缸速度能 任意调节，而且在外界干扰很大（如负 图 11.3 阀控油缸闭环控制系 载突变）的工况下，仍能使系统的实际 统原理图 －齿条； 2 －齿轮； 3 －测速 输出速度与设定速度十分接近，即具有 1 发电机；4－给定电位计；5－ 很高的控制精度和很快的响应性能。 放大器；形式
液压伺服系统概述
第11章液压伺服系统概述液压伺服控制技术是液压技术中的一个分支，又是控制领域中的一个重要组成部分。
一、液压伺服系统的发展历史在第一次世界大战前，液压伺服系统作为海军舰船的操舵装置已开始应用。
在第二次世界大战期间及以后，由于军事需要，特别是武器和飞行器控制系统的需要，以及液压伺服系统本身具有响应快、精度高、功率一重量比大等优点，液压伺服系统的理论研究和实际应用取得了很大的进展，40年代开始了滑阀特性和液压伺服理论的研究，1940年底，首先在飞机上出现了电液伺服系统。
但该系统中的滑阀由伺服电机驱动，只作为电液转换器。
由于伺服电机惯量大,使电液转换器成为系统中耗时最大的环节，限制了电液伺服系统的响应速度。
到50年代初，出现了快速响应的永磁力矩马达，形成了电液伺服阀的雏形。
到50年代末，又出现了以喷嘴挡板阀作为第一级的电液伺服阀，进一步提高了伺服阀的快速性。
60年代，各种结构的电液伺服阀相继出现，特别是干式力矩马达的出现，使得电液伺服阀的性能日趋完善。
由于电液伺服阀和电子技术的发展，使电液伺服系统得到了迅速的发展。
随着加工能力的提高和液压伺服阀工艺性的改善，使液压伺服阀性能提高、价格降低。
使液压伺服系统由军事向一般工业领域推广。
目前，液压伺服控制系统，特别是电液伺服系统已成了武器自动化和工业自动化的一个重要方面。
二、液压伺服系统的工作原理液压伺服控制系统是以液压伺服阀和液压执行元件为主要元件组成的控制系统，是一种高精度的自动控制系统。
如图所示，系统由滑阀1和液压缸2组成，阀体与缸体固定，液压泵以恒定的压力P向系统供油。
当阀心处于中间时，阀口关闭，缸不动，系统静止。
当阀心右移x，则a、b处有开口x v=x,压力油进入缸右腔，左腔回油，缸体右移。
由于缸体与阀体刚性固连，阀体也随缸体一起右移，结果使阀的开口x v减小。
当缸体位移y等于阀心位移x时，缸不动。
如果阀心不断右移，缸拖动负载不停右移。
如果阀心反向运动，液压缸也反向运动。
液压伺服工作原理
液压伺服工作原理
液压伺服系统是通过液压原理实现精确控制的一种机电装置。
其工作原理如下：
1. 液压伺服系统由液压泵、液压缸、控制阀和传感器等组成。
液压泵通过机械能输入，将机械能转化为流体能。
2. 液压泵将流体送入控制阀，控制阀通过调节液压流量和压力来控制流体的输出。
控制阀是系统的核心部件，它根据传感器信号和预设的控制要求，将流量和压力分配到液压缸上。
3. 传感器用于感知被控对象的实际状态，并将状态信息反馈给控制阀。
控制阀根据传感器的反馈信号，调整液压流量和压力，使得被控对象达到期望的位置、速度或力。
4. 液压流体进入液压缸，通过液压缸的活塞运动，产生线性位移或输出力。
液压缸的活塞由流体推动，通过活塞杆连接到被控对象，将控制信号转化为机械运动。
5. 当被控对象达到期望状态时，传感器感知到的状态信息与控制阀预设的控制要求相符，控制阀停止调节。
通过以上原理，液压伺服系统实现了对机械运动的精确控制。
其优点包括高承载能力、动态响应快、可靠性高、结构简单等。
在工业自动化领域广泛应用，例如数控机床、起重设备、注塑机等。
液压马达伺服系统
串联阀控液压马达速度伺服系统
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（四）阀控液压马达速度伺服系统
节流式并联阀控液压马达速度伺服系统
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（四）阀控液压马达速度伺服系统
补油式并联阀控液压马达速度伺服系统
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（五）阀泵串联控制液压马达速度调整系统
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（六）液压马达速度伺服系统构造与性能比较
与开环速度控制系统相比,它增长了一种主反馈通道 和一种积分放大器，构成了Ⅰ型系统，所以其精度远比 开环系统为高。缺陷是系统构成较复杂，成本高，设计 难度大。
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（三）不带位置环旳泵控闭环速度控制系统
ei
信号 发生
比较 eg
ef
百分比 放大器
伺
液
变
服
压
量
阀
缸
泵
m 液压 马达
测速发电机
泵控闭环速度控制系统构成原理框图 1）变量伺服机构旳液压缸本身具有积分环节，系统型式不变（相 对型式（二）而言） 2）积分环节在背面，伺服阀零漂和斜盘力等引起旳静差依然存在 3）变量机构开环控制，抗干扰能力差，易受零漂、摩擦等影响
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（四）阀控液压马达速度伺服系统
液压伺服系统设计及其性能分析
液压伺服系统设计及其性能分析一、引言液压伺服系统作为一种常见的控制系统，广泛应用于机械工程领域。
本文将重点关注液压伺服系统的设计原理和性能分析。
二、液压伺服系统的基本原理液压伺服系统主要由液压源、执行器、控制器和传感器四个基本部分组成。
液压源提供动力，执行器将液压能转化为机械能，控制器通过调节执行器的工作状态来实现对系统的控制，传感器用于检测系统的运行状态。
三、液压伺服系统的设计要点1.选择合适的液压源：液压伺服系统的液压源通常使用液压泵。
在选择液压泵时，需考虑系统需要的流量和压力，并确保能够满足执行器的要求。
2.设计合理的执行器：执行器的设计需要根据具体应用场景来确定。
在设计执行器时，需考虑力/位置传感器的布置、压力阀的控制和连接方式等因素。
3.合理选择控制器：控制器是液压伺服系统的核心部分，负责控制执行器的工作状态。
在选择控制器时，需根据系统的控制要求和可行性来确定。
4.传感器的选择与布置：传感器用于检测系统的运行状态，根据不同的应用场景选择合适的传感器，并合理布置以提高系统的控制精度。
四、液压伺服系统性能分析1.系统的动态响应性能：液压伺服系统的动态响应性能是指系统对外界输入信号的响应速度。
通过理论计算和实验测试，可以评估系统的响应时间、过渡过程和稳态性能等指标。
2.系统的稳态精度：液压伺服系统的稳态精度是指系统在稳定工作状态下输出信号与输入信号之间的偏差。
通常通过分析系统应力平衡和输出信号的稳定性来评估系统的稳态精度。
3.系统的稳定性分析：液压伺服系统的稳定性是指系统在各种工况下能够保持稳定工作状态的能力。
通过分析系统的传递函数和伯努利方程等理论，可以评估系统的稳定性。
4.系统的能效分析：液压伺服系统的能效是指系统在输入输出之间的能量转换效率。
通过分析系统的功率损失和效率等指标，可以评估系统的能效。
五、结论液压伺服系统的设计和性能分析是提高系统运行效率和工作质量的重要步骤。
通过合理选择液压源、设计合理的执行器、选择合适的控制器和传感器，并对系统的动态响应性能、稳态精度、稳定性和能效进行全面分析，可以有效提升液压伺服系统的性能。
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。
液压伺服系统的组成
液压伺服系统的组成液压伺服系统是指依靠液压作动力，拥有调节和控制精度高、抗载荷能力强的传动能力的一种机械设备。
它通过液压能量的转换，使机电系统的位置、压力、力矩或运动特性能够精确的控制，由此实现机械设备的调节和流程控制。
液压伺服系统主要由以下几部分组成：一、液压设备：1.液压泵：泵的作用是将电动机驱动的能量（驱动气体低压蒸汽等）转变为液体（通常是油）流动，使液体释放出压力能量，有时又存在其他附加功能（如滤清气体）。
2.液压阀：阀的作用是调节液压缸的开启和关闭，从而控制缸的内部压力，从而控制系统的速度，力度，位置和其他动作。
3.液压管路：通过接头和管接头来连接液压元件之间的管路。
二、液压传动构件：1.液压缸：缸是传动系统中最主要的部分，它负责把液压能量转换成机械运动。
以最普通的单作用液压缸为例，钢缸体内设有两个阀杆，上下阀杆用于控制缸的进出口口。
2.液压联轴器：联轴器是一种装备在液压驱动系统中的从动部件，它可以把液压缸的运动或者力传递给其他机械设备，如轴承、轴、齿轮等。
3.传感器：传感器主要用来检测液压缸的位置、速度、力矩和其他特性，从而提高液压系统的控制精度和可靠性。
三、液压控制装置：液压控制装置一般由控制器、显示器、键盘、传输线等组成，它负责对液压系统的运行参数进行监测、控制和调整，以实现对液压系统的精确控制。
四、温控装置：温控装置是指专门负责对液压系统润滑油温度进行控制和监测的装置。
温控装置通常包括温度传感器、温度调节器、温控阀、加热器和风扇等，它们可以实现对润滑油温度范围的自动控制。
五、安全装置：安全装置一般以液压缸为主，通过检测液压系统的压力是否满足安全要求，来确保液压系统的安全运行，避免液压爆炸对机器造成的损坏和危险。
常用的安全装置有安全阀、限位开关、动作指示器等。
数控液压伺服系统设计与应用
数控液压伺服系统设计与应用为提高液压系统控制精度，采用数控液压伺服控制取代传统的电液伺服控制。
介绍数控液压伺服系统的组成，重点介绍数控液压伺服阀的结构和工作原理，并介绍该系统的应用领域。
该系统采用PLC控制步进电机，不仅能够满足数控液压系统的快速性和可靠性要求，而且大大降低成本。
国内在液压精密控制领域，采用传统的电液伺服控制系统，但是其结构复杂、传动环节多、不能由电脉冲信号直接控制。
对于近现代液压伺服控制需考虑：(1)环境和任务复杂，普遍存在较大程度的参数变化和外负载干扰；(2)非线性的影响，特别是阀控动力机构流量非线性的影响；(3)有高的频宽要求及静动态精度的要求，须优化系统的性能；(4)微机控制与数字化及离散化带来的问题；(5)如何通过“软件伺服”达到简化系统及部件的结构。
发达国家已应用数字控制，即数控液压伺服系统来取代电液伺服控制系统。
作者经几年的努力，设计并研制成功自己的数控液压伺服系统，超越传统的电液伺服控制系统，大大提高控制精度。
现对该系统作简要介绍。
1 数控液压伺服系统的组成系统由数控装置、数控伺服阀、数控液压缸或液马达、液压泵站4大部分组成。
系统框图如图1所示。
数控装置包括控制器，驱动器和步进电机。
之所以采用步进电机，是由于计算机技术的飞速发展，使步进电机的性能在快速性和可靠性方面能够满足数控液压系统的要求，而其价格低廉，又由于数控液压系统结构的改进，所需电机功率较小，不需采用宽调速伺服电机等大功率伺服电机系统，大大降低成本。
液压缸、液马达和液压泵站是液压行业的老产品，只要按数控液压伺服系统的要求选取精度较高的即可应用。
伺服控制元件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心，所以整个数控液压伺服系统的关键部件就是数控伺服阀，它将电脉冲控制的步进电机的角位移精确地转换为液压缸的直线位移(或液马达的角位移)，即只要有了合格的数控伺服阀，就能获得不同的数控液压伺服系统。
液压伺服控制系统
当液压缸运动速度降低时，调节过程相反。
1.2 伺服阀
1.2.1液压伺服阀
1.滑阀 根据滑阀的工作边数不同，有单边滑阀、双边滑阀和四边滑阀。
其中，四边滑阀有四个可控节流口，控制性能最好；双边滑阀有两 个可控节流口，控制性能一般；单边滑阀有一个可控节流口，控制 性能最差。四边滑阀性能虽好，但结构工艺复杂，生产成本较高； 单边滑阀容易加工，生产成本较低。
图10.6-10.8分别为单边滑阀，双边滑阀和四边滑阀控制液压 缸的原理图。
四边滑阀在平衡状态下，根据初始开口量的不同，有负开口 （图10.9（a））、零开口（图10.9（b））和正开口（图10.9 （c））之分。
2.喷嘴挡板阀 如图1.10所示为双喷嘴挡板阀由两个单喷嘴挡板阀组成，可
以控制双作用液压缸。它由挡板、左右喷嘴、固定节流孔组成。 挡板与左右喷嘴的环形面积形成两个可变节流孔，分别为δ1和δ2， 挡板绕轴旋转，可以改变两个可变节流孔的大小。挡板处于图中 所示位置时，即δ1=δ2。此时两节流口的节流阻力相同，使左右 喷嘴的压力相同，即p1= p2，液压缸两腔受力平衡，保持原来位 置不动。
3
1.1.3 液压伺服控制系统的分类
1.按系统输入信号的变化规律分类 液压伺服控制系统按输入信号的变化规律不同可分为：定值控
制系统、程序控制系统和伺服控制系统。 2.按被控物理量的名称分类 按被控物理量的名称不同，可分为：位置伺服控制系统、速度
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图7.3为采用电液伺 服阀控制的液压缸速度 闭环自动控制系统。这 一系统不仅使液压缸速 度能任意调节，而且在 外界干扰很大（如负载 突变）的工况下，仍能 使系统的实际输出速度 与设定速度十分接近， 即具有很高的控制精度 和很快的响应性能。
图7.3 阀控油缸闭环控制系统原理图 1－齿条；2－齿轮；3－测速发电机； 4－给定电位计；5－放大器；6－电液 伺服阀；7－液压缸
（2）偏差。要使液压缸输出一定的力和速度，伺服阀必 须有一定的开口量，因此输入和输出之间必须有偏差信号。 液压缸运动的结果又力图消除这个误差。但在伺服系统工作 的任何时刻都不能完全消除这一偏差，伺服系统正是依靠这 一偏差信号进行工作的。
（3）放大。执行元件（液压缸）输出的力和功率远远大 于输入信号的力和功率，其输出的能量是液压能源供给的。
液压伺服系统
液压伺服系统
§7.1 概述 §7.2 典型的液压伺服控制元件 §7.3 电液伺服阀 §7.4 典型液压伺服系统的应用
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§11.1 概述
1.液压伺服系统的工作原理和特点
如图是一种进油节流调速（节流阀式）回路。 在这种回路中，调定节流阀的开口量，液压缸就以 某一调定速度运动。通过前述分析可知，当负载、 油温等参数发生变化时，这种系统将无法保证原有 的运动速度，因而其速度精度较低且不能满足连续 无级调速的要求。
图7.6所示为单边滑阀的工作原理。滑阀控制边的开口量xs控制着液压缸
右腔的压力和流量，从而控制液压缸运动的速度和方向。来自泵的压力
油进入单杆液压缸的有杆腔，通过活塞上小孔a进入无杆腔，压力由ps降 为p1，再通过控制滑阀唯一的节流边流回油箱。在液压缸不受外载作用 的条件下，p1A1=psA2。当阀芯根据输入信号向左移动时，开口量xs增 大，无杆腔压力减小，于是p1A1<psA2，缸体向左移动。因为缸体和阀 体连接成一个整体，故阀体左移又使开口量xs减小（负反馈），直至平衡。
理，当输入给定信号电压连续变化时，液压缸速度也随
之连续地按同样规律变化，即输出自动跟踪输入。
液压伺服系统的特点如下：
（1）反馈。把输出量的一部分或全部按一定方式回送到 输入端，并和输入信号进行比较，这就是反馈。在上例中， 反馈（测速装置输出）电压和给定（输入信号）电压是异号 的，即反馈信号不断地抵消输入信号，这是负反馈。自动控 制系统大多数是负反馈。
（4）跟踪。液压缸的输出量完全跟踪输入信号的变化。
2.液压伺服系统的职能方块图和系统的组成环节
图7.4是上述速度伺服系统的职能方框图。图中一个方 框表示一个元件，方框中的文字表明该元件的职能。带有箭 头的线段表示元件之间的相互作用，即系统中信号的传递方 向。职能方框图明确地表示了系统的组成元件、各元件的职 能以及系统中各元件的相互作用。因此，职能方框图是用来 表示自动控制系统工作过程的。由职能方框图可以看出，上 述速度伺服系统是由输入（给定）元件、比较元件、放大及 转换元件、执行元件、反馈元件和控制对象组成的。
图7.7 双边控制滑阀的工作原理
图7.8所示为四边滑阀的工作原理。滑阀有四个控制 边，开口xs1、xs2分别控制进入液压缸两腔的压力油，开口 xs3、xs4分别控制液压缸两腔的回油。当滑阀向左移动时， 液压缸左腔的进油口xs1减小，回油口xs3增大，使p1迅速减 小；与此同时，液压缸右腔的进油口xs2增大，回油口xs4减 小，使p2迅速增大。这样就使活塞迅速左移。与双边控制 滑阀相比，四边控制滑阀同时控制液压缸两腔的压力和流 量，故调节灵敏度高，工作精度也高。
图7.12是一种典型的电液伺服阀 工作原理图。它由电磁和液压两部分 组成，电磁部分是一个力矩马达，液 压部分是一个两级液压放大器。液压 放大器的第一级是双喷嘴挡板阀，称 前置放大级；第二级是四边滑阀，称 功率放大级。电液伺服阀的结构原理 如下。
图7.12 电液伺服阀的结构原理 1－永久磁铁；2、4－导磁体； 3－衔铁；5－线圈；6－弹簧 7 －挡板；8－喷嘴；9－滑阀；
图7.8 四边控制滑阀的工作原理
由上述可知，单边、双边和四边控制滑阀的控制作 用是相同的，均起到换向和调节的作用。控制边数越多， 控制质量越好，但其结构工艺性差。在通常情况下，四边 控制滑阀多用于精度要求较高的系统；单边、双边控制滑 阀用于一般精度系统。
四边滑阀在初始平衡的状态下，其开口有三种形式， 即负开口（xs<0）、零开口（ xs=0 ）和正开口（ xs>0 ）， 如图7.9所示。具有零开口的控制滑阀，其工作精度最高； 负开口控制滑阀有较大的不灵敏区，较少采用；具有正开 口的控制滑阀，工作精度较负开口高，但功率损耗大，稳 定性也差。
这里将节流阀的开口大小定义为输入量，将液
压缸的运动速度定义为输出量或被调节量。在上述
系统中，当负载、油温等参数的变化而引起输出量
（液压缸速度）变化时，这个变化并不影响或改变
输入量（阀的开口大小），这种输出量不影响输入
量的控制系统被称为开环控制系统。
图7.1 进口节流阀 式节流调速回路
为了提高系统的控制精度，可以设想节流阀由操作 者来调节。在调节过程中，操作者不断地观察液压缸 的测速装置所测出的实际速度，并判断实际速度与所 要求的速度之间的差别。然后，操作者按这一差别来 调节节流阀的开口量，以减少这一差值（偏差）。例 如，由于负载增大而使液压缸的速度低于希望值时， 操作者就相应地加大节流阀的开口量，从而使液压缸 的速度达到希望值。这一调节过程可用图7.2表示。
（3）比较元件。将输入信号和反馈信号进行比较，并 将其差值（偏差信号）作为放大转换元件的输入。有时系 统中不一定有单独的比较元件，而是由反馈元件、输入元 件或放大元件的一部分来实现比较功能。
（4）放大、转换元件。将偏差信号放大并转换 （电气、液压、气动、机械间相互转换）后，控制执行 元件动作。如上例中的电液伺服阀。
（2）按输入信号的不同分类：有机液伺服系统、电液伺 服系统、气液伺服系统等。
（3）按输出的物理量分类：有位置伺服系统、速度伺服 系统、力（或压力）伺服系统等。
（4）按控制元件分类：有阀控系统和泵控系统。
在机械设备中，阀控系统应用较多，故本章重点介绍阀 控系统。
4.液压伺服系统的优缺点
液压伺服系统除具有液压传动系统所固有的 一系列优点外，还具有控制精度高、响应速度 快、自动化程度高等优点。
10－节流孔；11－滤油器
控制元件-电液伺服阀
挡板 先导控制油腔
喷嘴
挡板一方面与力 矩马达衔铁连接， 另一方面，其穿过 两个喷嘴，与主阀 芯连接。
主阀芯
1.力矩马达
图7.6 单边滑阀的工作原理
图7.7所示为双边滑阀的工作原理。压力油一路直接进入
液压缸有杆腔，另一路经滑阀左控制边的开口xs1和液压缸 无杆腔相通，并经滑阀右控制边的开口xs2流回油箱。当滑 阀向左移动时，xs1减小，xs2增大，液压缸无杆腔压力p1减
小，两腔受力不平衡，缸体向左移动。反之缸体向右移动； 双边控制滑阀比单边控制滑阀的调节灵敏度高、工作精度高。
两接收孔内油液的压力相等，液压缸不动。当输入信号使射
流管绕O轴向左摆动一小角度时，进入孔b的油液压力就比进
入孔a的油液压力大，液压缸向左移动。由于接收板和缸体连
结在一起，接收板也向受孔中间位置时，液压缸停止运动。
射流管阀的优点是结构简单、动
作灵敏、工作可靠。它的缺点是射流
上述系统的工作原理如下：在某一稳定状态下，液
压缸速度由测速装置测得（齿条1、齿轮2和测速发电机
3）并转换为电压uf0。这一电压与给定电位计4输入的电 压信号ug0进行比较。其差ue0=ug0-uf0值经积分放大器放 大后，以电流i0输入给电液伺服阀6。
电液伺服阀按输入电流的大小和方向自动地调节其
开口量的大小和移动方向，控制输出油液的流量大小和
方向。对应所输入的电流i0，电液伺服阀的开口量稳定 地维持在xv0，伺服阀的输出流量为q0，液压缸速度保持
为恒值0。
如果由于干扰的存在引起液压缸速度增大，则测速
装置的输出电压uf>uf0，而使ue=ug0-uf<ue0，放大器 输出电流i<i0。电液伺服阀开口量相应减小，使液压缸 速度降低，直到=0时，调节过程结束。按照同样原
压缸停止运动。
喷嘴挡板阀的优点是结构简单、
加工方便、运动部件惯性小、反应快、
精度和灵敏度高；缺点是能量损耗大、
抗污染能力差。喷嘴挡板阀常用作多
级放大伺服控制元件中的前置级。
图7.11 喷嘴挡板阀的工作原理 1－挡板；2、3－喷嘴；4、5－
节流小孔
§7.3 电液伺服阀
电液伺服阀是电液联合控制的多 级伺服元件，它能将微弱的电气输入 信号放大成大功率的液压能量输出。 电液伺服阀具有控制精度高和放大倍 数大等优点，在液压控制系统中得到 了广泛的应用。
喷嘴之间形成两个可变的节流缝隙1和2。当挡板处于中间位
置时，两缝隙所形成的节流阻力相等，两喷嘴腔内的油液压
力相等，即p1=p2，液压缸不动。压力油经孔道4和5、缝隙1 和2流回油箱。当输入信号使挡板向左偏摆时，可变缝隙1关 小， 2开大，p1上升，p2下降，液压缸缸体向左移动。因负
反馈作用，当喷嘴跟随缸体移动到挡板两边对称位置时，液
图7.4 速度伺服系统职能方框图
实际上，任何一个伺服系统都是由这些元件（环节） 组成的，如图7.5所示。
图7.5 控制系统的组成环节
下面对图中各元件做一些说明：
（1）输入（给定）元件。通过输入元件，给出必要的 输入信号。如上例中由给定电位计给出一定电压，作为系 统的控制信号。
（2）检测、反馈信号。它随时测量输出量（被控量） 的大小，并将其转换成相应的反馈信号送回到比较元件。 上例中由测速发电机测得液压缸的运动速度，并将其转换 成相应的电压作为反馈信号。
图7.2 液压缸速度调节过程示意图