液压伺服与比例控制系统第一章 绪论

F2
F1
指令传感器
反馈传 感器
Xi
K1
- F1力比较
1 K1+K2
DF 伺服阀
xv
F2 K2
XP
控制框图
采用力比较
方式，用弹簧作 为位移 - 力传感 器，以阀芯作为 力比较元件。
指令传感器
F1
Ka
F2
反馈传 感器
液压能源
力比较
- Xi
指令
指令
传感器K1 F1
DF 1
K1+K2
F2
液压动力元件
xv 伺服阀 液压缸
燕山大学液压伺服控制的研究成果简介：
六自由度飞行模拟器动感模拟平台 模拟飞机飞行过程中的爬升、俯仰、翻 转、滚转等飞行动作 多通道、强耦合运动系统实验平台 各通道协同控制、解耦控制
1450五机架冷连轧机高精度液压 AGC系统
燕山大学液压伺服控制研究成果简介：
22MN自由快锻液压机组电液控制系统 电液比例控制系统 现场总线控制系统体系结构 PLC控制器、工控机、监控设备现场控制网络 WINCC实现集中监控，分级管理
机电一体化教学团队 (国家级 ) 精品课(国家级 ) 浙大、哈工大、北航、北理工 燕大：重型机械 (轧机、油压机、锻造操作机)，工程机械，新型元件， 故障诊断，流体力学理论
5.从事研究及工作需要
课程网站： http://mec.ysu.edu.cn/hydraulic/
第1章 绪论
本章摘要
•液压伺服与比例控制系统的工作原理及组成 •液压伺服与比例控制的分类 •液压伺服与比例控制的优缺点 •液压伺服与比例控制的发展、应用及研究方向
7.集成化、模块化、智能化、网络化。内置式标准化传感器 和计算机的智能化液压元件，现场总线技术，加工、装配 和调试等过程的全球化虚拟制造。
8.新材料的发展及使用。 耐磨、抗气蚀及化学稳定性好的陶 瓷材料，纳米材料、纳米工艺提高液压元件的加工精度及 表面质量。
燕山大学液压伺服控制的研究成果简介：
电液伺服控制的挖掘机试验平台 先进的控制算法 电液伺服控制系统 规划的挖掘轨迹 多种工程挖掘轨迹的实践控制算法
二次调节加载系统综合试验平台 上下位机两级控制 现场总线技术进行 控制手段及总体设计国内先进水平
燕山大学液压伺服控制的研究成果简介：
双通道负载模拟加载试验台 比例控制及伺服控制 模拟多种工况下的加载运动 研究多种运动形式的加载实验研究 模拟实际运动工况，进行控制策略研究
2D/3D集成PIV测试系统 双Nd-YAG脉冲激光器内置光学衰减器 光路系统的光臂 CCD相机 实现流场的2维和3维测试
欢迎使用
《液压伺服与比例控制系统》
多媒体授课系统
燕山大学 《液压伺服与比例控制系统》
国家级精品课建设小组
课程的特点及重要性
1. 一门综合性很强的课程 (液压传动、流体力学、控制理论、液
压元件、计算机控制系统 )
2.流体传动及控制技术的理论基础 3.应用范围不断扩大，尤其在精密控制系统中 4.在国内具有相当高的科研地位
输入位移 液压
xi 控制阀
q( p)
输出位移
液压缸
控制对象
xp
三、采用电压比较的液压工作台位置控制系统
执行元件
执行机构
被控对象
放大元件
传感器1
动力源 比较元件
传感器2 指令元件
控制框图
放大元件
控制系统组成：
•被控对象
•电子放大器
•指令电位器
•反馈电位器
•动力元件(阀、缸)
I
Ka
Xi
电压 比较
指令
(3)液压伺服系统抗负载的刚度大，即输出位移受负 载变化的影响小，定位准确，控制精度高。
二、液压伺服控制的缺点
(1)液压元件，特别是精密的液压控制元件(如电液 伺服阀)抗污染能力差 ，对工作油液的清洁度要求高。
(2) 混入空气多少、油温变化对系统的性能有很大 的影响。
(3)当液压元件的密封设计、制造和使用维护不当 时，容易引起外漏，造成环境污染 。
指令 Ui
电位器
-
液
电放大 Ka
I
伺
阀
液缸
UP 液压动力元件
反馈 电位器
扰动
被控 XP
工作台
四、采用电压比较的电动工作台位置控制系统
被控对象 执行元件
放大元件
传感器1
比较元件
传感器2 指令元件
控制框图
控制系统组成：
•被控对象 •电子放大器 •指令电位器 •反馈电位器 •动力元件（可控硅、电 机）
Xi
指令
1
位置比较 阀芯与阀套
X芯 Xv
伺服阀
-
X套
液压缸 1
扰动
被控 XP
工作台
七、液压伺服与比例控制系统的组成
液压伺服与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，该元件可以是机械的、电气的、气动的等。如靠模、指 令电位器或计算机等。
3.理论解析与特性补偿。 利用计算机对复杂系统(多变数液压 系统)、复杂因素(非线性及时变等)进行仿真分析。补偿主 要针对大惯量、变参数、非线性及外干扰系统，采用控制 策略进行补偿。
4.计算机控制系统结合。 5.工业化普遍应用。
液压伺服与比例控制技术发展趋势：
6.更加注重其环保性能。 解决泄漏问题，加大非石油基液压 油的使用力度，先进的污染控制和过滤技术，水压技术的 推广。
液 压 控 制 系 统 方 式
四、按信号传递介质的形式分类
机械液压伺服系统、电气液压伺服系统和气动液压伺服 系统等。
1.3 液压伺服与比例控制系统的优缺点
一、液压伺服控制的优点
(1)液压元件的功率—重量比与力矩-惯量比大，可以 组成结构紧凑、体积小、重量轻、加速性好的伺服系统。
(2)液压动力元件快速性好，系统响应快。
1.1 液压伺服与比例控制系统的工作原理及组成
一、液压伺服控制系统的概念
液压伺服控制系统，也叫反馈控制系统，它是由 液压控制元件和液压执行元件作动力元件（动力机 构）组成的反馈控制系统。
二、简单的机液伺服控制系统原理图
1——滑阀 2——液压缸 3——溢流阀 4——液压泵
系统工作原理方块图
液压能源
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。 放大转换元件:将偏差信号放大、转换成液压信号 (流量或压力 )。
如伺服放大器、机液伺服阀、电液伺服阀、电液比例阀等。 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
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、力控制系统和 其它物理量的控制系统。
三、按液压动力元件的控制方式或液压控制元件的形 式分类
节流式控制(阀控式 )系统：阀控液压缸系统与阀控液压 马达系统。
容积式控制系统：伺服变量泵系统与伺服变量马达系 统。
恒压源:压力恒定、可调，流量由元件规格确定； 恒流源:流量恒定、可调，压力由元件规格确定。
将液压动力元件（伺服 阀、缸）换成电动力元 件（可控硅与电动机）
Xi
指令
指令 Ui
电位器
电压 比较
-
来自百度文库
工作台
E Ka
电源
E
电动力元件
电放大 Ka
I
可控硅
电机
扰动
被控 XP
工作台
UP
反馈
电位器
五、采用力比较的液压工作台位置控制系统
指令传感器K1
F1
F1=Xi*K1
F2=Xp*K2
F2
反馈传感器K2
比较元件
目前，液压伺服系统特别是电液伺服系统已成为武器自动
化与工业自动化的一个重要方面。在国防工业与一般工业领
域都得到了广泛应用。
液压控制系统应用于：
大多数飞机的控制与操纵系统； 中程、远程的导弹控制； 远程的导航； 雷达天线的搜索跟踪系统； 自动化机床、加工中心； 机械手、机器人； 冶金工业的轧机 。
坦 克 上 的 应 用
(4)液压元件制造精度要求高，成本高 。 (5)液压能源的获得与远距离传输都不如电气系统 方便。
1.4 液压伺服与比例控制系统的发展与应用
液压伺服控制是液压技术的一个重要分支．是控制领域 中的重要组成部分。
在第一次与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，促使液压伺服与比例控制得到迅速发展，使这 门技术无论在元件与系统分面，还是在理论与应用方面都日 趋完善与成熟，形成一门新兴的科学技术。
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。 其它：各种校正装置，以及不包含在控制回路内的液压能源装置。
1.2 液压伺服与比例控制的分类
一、按系统输入信号的变化规律分类
定值控制系统：系统输入信号为定值 程序控制系统：系统的输入信号按预先给定的规律变 化 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。
反馈 传感器K2
扰动
被控 XP
工作台
六、采用直接位置比较的液压工作台位置控制系统
Xi=X芯 指令元件与阀芯相连
Xp=X套 受控对象与阀套相连
指令与阀连
对象与阀套连
阀芯与阀套
位置比较
Xi
X芯
1
Xv 伺服阀
-
阀芯阀套直接位置比较
X套
XP
1
控制框图
采用阀芯阀 套直较方式
指令传感器
Ka
工作台
反馈传 感器
飞
机
上
的
应
导
用
弹
上
的
应
用
气
动
机
器 人 上 的 应 用
六 自 由 度 电 液
伺
液
服
压 机 械 手 上
的
平 台 上 的 应 用
应
用
液压伺服与比例控制技术发展趋势：
1.高压大功率。 减轻装备重量，解决大惯量、重负载拖动问 题， 尤其在航空航天领域及高精度重型机械设备方面应用 广泛。
2.高的可靠性。 克服伺服系统对油液污染及温度变化敏感的 缺陷，尤其在现代飞行器研究方面，除对机器本身的研究 与改良以及增加检测与诊断技术外，还在采用余度技术与 重构技术，采用了三或四通道的余度构成系统。