6电液伺服阀及电液伺服系统(2)

工作可靠，便于使用与维护。
16
§2.电液位置控制系统
三、系统静态设计
1、系统类型的选择及系统图的拟定
选用电液伺服系统，因本系统的频宽不大，采 用DY型工业用电液伺服阀。
2、油源压力的确定
由于加大液压缸的有效面积，可提高系统的固
有频率、允许增加系统的开环增益，有利于提高系
统的精度与快速性。一般在纠偏系统中宜采用较低
5
3 钢带张力控制系统
6
在钢带张力控制液压伺服系统中，热处理炉内的钢带张力 由带钢牵引辊组2和带钢加载辊组8来确定。用直流电机D作牵 引，直流电机D作为负载，以造成所需张力。如果用调节系统 中某一部件的位置来控制张力，由于在系统中各部件惯量大， 时间滞后大，控制精度低不能满足要求，故在两辊组之间设置 一液压伺服张力控制系统来控制精度。其工作原理是：在转向 辊左右两侧下方各设置力传感器，把它作为检测装置，两传感 器检测所得到的信号的平均值与给定信号值相比较，当出现偏 差信号时，信号经电放大器放大后输入给电液伺服阀。如果实 际张力与给定值相等，则偏差信号为零，电液伺服阀没有输出， 液压缸保持不动，浮动辊不动。当张力增大时，偏差信号使电 液伺服阀有一定的开口量，供给一定的流量，使液压缸向上移 动，浮动辊上移，使张力减少到一定值。反之，当张力减少时， 产生的偏差信号使电液伺服阀控制液压缸向下移动，浮动辊下 移，使张力增大到一定值。因此该系统是一个恒值力控制系统。 它保证了带钢的张力符合要求，提高了钢材的质量。
1 nKt
，从而稳定性好。
3. 压力反馈：
提高系统阻尼比，静刚度降低。
4.动压反馈 提高阻尼比，静刚度不变。
34
§3.电液速度控制系统
一、控制系统的组成及控制方式 1.电液伺服阀——液压马达
2.泵控马达
35
§3.电液速度控制系统
二．速度控制系统的分析与校正 对于一. 1.
开环传递函数：
K a Kt K sv s
§2.电液位置控制系统
15
§2.电液位置控制系统
（2）控制指标
钢卷边缘对齐精度
E1 2mm；
系统频宽 3 H z ，即 0 .7 3 2 1 8 .9 ra ds；
纠偏速度参照上表，取 v 5m s，考虑板形等 参数的影响，取 vp 22mms ；
纠偏加速度 ； a p v p 0 . 7 2 2 1 8 . 9 4 1 5 m m s 2 0 . 4 1 5 m s 2
负载流量线性化方程： qLKqXvKcpL
（2） （3） （4）
38
§4. 电液力控制系统
流量连续性方程： qLApsxpCtppL4VtespL 力平衡方程：
F L A pp L M s 2 x p B L s x p K sx p
开环传递函数：
（5） （6）
39
§4. 电液力控制系统
力控制系统的检测元件多为压力传感器或力 传感器，常用伺服阀可以是压力控制阀也可以是 流量控制阀。
可见满足要求。
30
§2.电液位置控制系统
五、系统校正 1.理想开环传递函数 波德图
31
§2.电液位置控制系统
常用校正手段 1.滞后校正
(1)提高低频段增益， 改善控制精度。 (2)降低高频段增益， 提高稳定性。 校正网络：
32
§2.电液位置控制系统
传递函数：
u0 (s) ui (s)
RCs 1
（1）主机参数
机组最大卷取速度 vmax 5ms
钢卷最大质量
M11.5104kg
卷取机移动部分质量 M2 2104kg
纠偏速度：
对于1400机组，当 v 1m s 时，fg0.3 0.5Hz；
当 v 5m s 时，fg 0.5 1Hz 摩擦条件：V型滚动导轨，干油润滑；
现场环境：冷轧车间，连续生产机组。 14
伺 服 放 伺服阀 执 行 机
大器
Βιβλιοθήκη Baidu
构
数字检测 器
10
§2.电液位置控制系统
一、系统的组成及方块图 以带钢卷取机纠偏系统为例，其结构示
意图、液压系统原理图、控制系统框图如 下：
11
§2.电液位置控制系统
12
§2.电液位置控制系统
电气系统原理图如下：
13
§2.电液位置控制系统
二、主机参数及控制指标
系统波德图 4、控制指标分析 稳定性： 由波德图可见， 系统稳定。
幅值裕量 2.4dB ，
相位裕量 6 8
29
§2.电液位置控制系统
快速性：闭环系统频宽0.7c25rads，大
于系统要求的 18.9rad s，满足要求。 准确性：稳态误差为
m a xK v p V 2 .2 2 5 1 0 2 8 .8 1 0 4m 0 .8 8 m m
液压伺服系统
第六章 电液伺服系统
1
六、电液伺服阀及电液伺服系统
1 车床液压仿形刀架
液压仿形刀架倾斜安装在车床 溜板5的上面，工作时随溜板纵向移 动。样板12安装在床身后侧支架上 固定不动。液压泵站置于车床附近。 仿形刀架液压缸的活塞杆固定在刀 架的底座上，缸体6、阀体7和刀架 连成一体，可在刀架底座的导轨上 沿液压缸轴向移动。滑阀阀心10在 弹簧的作用下通过杆9使杠杆8的触 销11紧压在样板上。在车削圆柱面 时，溜板5沿床身导轨4纵向移动。 杠杆触销在样板的圆柱段内水平滑 动，滑阀阀口不打开，刀架只能随 溜板一起纵向移动，刀架在工件1上 车出AB段圆柱面。
6.反馈传感元件的确定 由于开环增益 K V K fK iK tK qA p K fK iK s vA p 本系统采用直接位置反馈，所以 K f 1 从而伺服放大器增益
K i K sK vV A p2.1 10 2 3 20.01481.762Am
25
§2.电液位置控制系统
四、系统的传递函数及特性分析
由样本资料，选用DYC1—25L型伺服阀， 其相关参数如下：
21
§2.电液位置控制系统
阀口压降 pVpspL1.5M P a 时，伺服阀输 出流量 qL 22Lmin ； ps 6.3MPa 时， 额定电流 In 300mA ； 零偏、滞环 3% ，零漂 2%；
频宽 f0.7 25Hz ，即 0 .7 2 2 5 1 5 7 ra ds
s(88s.8242
20.2s1) 88.84
2、系统结构框图
27
§2.电液位置控制系统
3、开环波德图
系统开环传递函数
W(s)s(ss22v
KiKsv Ap
2sv sv
s1)(s2h22hh
s1)
25
s15 s7 2221 507.7s188s.8 2422 8 8.0 8.42s1
28
§2.电液位置控制系统
的油源压力及较大的液压缸有效面积。综合考虑系
统的结构与流量限制，选取
力 pL2 3ps 234.53M Pa。
ps
4.5MPa，则负载压
17
§2.电液位置控制系统
3、液压缸有效面积的确定
由力平衡关系 A ppLM tapB pvpF f
得 Ap
Mtap
Bpvp pL
Ff
本系统中 M t M 1 M 2 1 . 5 2 1 0 4 3 . 5 1 0 4 ( k g )
A p 4 D 2 d 2 4 1 .5 1 0 1 2 6 1 0 2 2 0 .0 1 4 8 m 2
19
§2.电液位置控制系统
取液压缸活塞行程 150mm 液压固有频率
h4 M e tV A tp 23 .5 4 1 0 7 4 0 0 0 .1 0 0 1 6 4 8 0 .1 0 .1 5 4 8 1 2 0 1 8 8 .8 4 ra ds
RCs 1
1
s
rc
1
rc
s
X 2 Ts1 X 1 Ts1 T B1
K1 B! B2
B1
α ：滞后超前比，α＞1
Kvc Kv
33
§2.电液位置控制系统
2. 速度反馈校正:
提高回路刚度，改善精度。（回路硬件结构相
应调整）
•
设计时加大开环增益，提高稳态精度，而 0
时，系统增益
Kvt
KeKd
40
压力阀本身带有压力反馈，其压力增益特性 较为平缓，常用于开环压力控制。此类阀的调试 较为复杂，使其应用受到一定的限制。
在大流量的力控制系统中，一般可选用流量 伺服阀。但流量阀的压力增益过大，因此需采用 相应手段如增加油缸内泄漏、两压力管间增设节 流通道、选用正开口阀、执行机构与受控对象间 设置弹簧等。
液压阻尼比 sv 0.7 本系统中， ps 4.5MPa ，空载流量
q 03 q L3 2 2 3 8 L m in
22
§2.电液位置控制系统
伺服阀增益
Ksv
q0 In
38103 60
300103
2.1103mA 3 s
因为 sv 2h ，所以伺服阀传递函数应以
二阶形式表达，其传递函数为
20
§2.电液位置控制系统
4、伺服阀的选择 由上述参数， ps 4.5MPa ， pL 3MPa ， 以及 Ap 0.0148m2可得负载流量
q L A p v p 0 . 0 1 4 8 2 . 2 1 0 2 3 . 2 6 1 0 4 m 3 s 1 9 . 5 L m i n
Bp 0
导轨与液压缸的折算摩擦系数 f 0.06
18
§2.电液位置控制系统
代入计算得
A p 3 .5 1 0 4 0 .4 1 5 3 0 1 .0 0 6 6 3 .5 1 0 4 9 .8 1 0 .0 1 2m 2
选择液压缸活塞直径 D150mm，活塞杆直 径 d60mm，核算液压缸有效面积
Avu (s)
s(
s2
h2
Dm
2 h h
s
1)
稳定性极差，必须校正。 36
§3.电液速度控制系统
校正网络：
校正后传递函 数分别增加惯性环节， 积分环节。
37
§4. 电液力控制系统
系统方块图： 偏差：
U eU iU f U iK fF L （1）
伺服放大器：
iK•aue
伺服阀：
x v K xv i
其它曲面形状或凸肩也都是这样合成切削来形 成的从仿形刀架的工作过程可以看出，刀架液压缸 （执行元件）是以一定的仿形精度按着触销输入位 移信号的变化规律而动作的，所以仿形刀架液压系 统是液压伺服系统。
3
2 机械手伸缩运动伺服系统
4
机械手伸缩系统的工作原理如下：
由数字控制装置发出的一定数量的脉冲，使步进电 机带动电位器5的动触头转过一定的角度（假定为顺时 针转动），动触头偏离电位器中位，产生微弱电压，经 放大器7放大成后，输入给电液伺服阀1的控制线圈，使 伺服阀产生一定的开口量。这时压力油经阀的开口进入 液压缸的左腔，推动活塞连同机械手手臂一起向右移动， 行程为；液压缸右腔的回油经伺服阀流回油箱。由于电 位器的齿轮和机械手手臂上齿条相啮合，手臂向右移动 时，电位器跟着作顺时针方向转动。当电位器的中位和 触头重合时，偏差为零，则动触头输出电压为零，电液 伺服阀失去信号，阀口关闭，手臂停止移动。手臂移动 的行程决定于脉冲数量，速度决定于脉冲频率。当数字 控制装置发出反向脉冲时，步进电机逆时针方向转动， 手臂缩回。
2
车削圆锥面时，触销沿样件的圆锥段滑动，使杠 杆向上偏摆，从而带动阀心上移，打开阀口，压力 油进入液压缸上腔，推动缸体连同阀体和刀架轴向 后退。阀体后退又逐渐使阀口关小，直至关闭为止。 在溜板不断地做纵向运动的同时，触销在样板的圆 锥段上不断抬起，刀架也就不断地作轴向后退运动， 此两运动的合成就使刀具在工件上车出BC段圆锥面。
Wsvss2
2 sv
Ksv
2ssvv
s115s7222.121150 07.73s1
23
§2.电液位置控制系统
5、系统开环增益的确定
由于本位置控制系统为I型系统，其速度误 差为 v s ，可得
KV
KV
vs
2.2102
1103
221s
考虑其它误差因素，取 KV 251s
24
§2.电液位置控制系统
7
§1. 电液伺服系统的类型
一、分类 1.被控量：位置、速度、力 2.系统结构：开、闭 3.动力机构：阀控、泵控 4.功率值：大、小 5.信号类型：模拟、数字
8
§1. 电液伺服系统的类型
二、模拟系统与数字系统
模拟信号
伺服放大器
伺服阀
执行机构
模拟检测器
9
§1. 电液伺服系统的类型
数字信号 数 字 D/A 比较
1、液压缸——负载环节的传递函数
该控制系统中液压缸的载荷主要为惯性负 载，摩擦负载数值亦较大，但可视为扰动 输入，此系统活塞位移输出与流量输入之 间的传递函数
xp s qs
s(s2h2
1 Ap
2h h
s 1)
26
§2.电液位置控制系统
式中，取液压阻尼比 h 0.2 ，则传递函数
xps qs
10.0148