考试版——液压比例与伺服控制系统(2013)

阀控式电液位置伺服控制系统 的工作原理方块图
泵控式电液速度伺服控制系统工作原理
泵控式电液速度控制系统的工作 原理方块图
6.2 电液伺服系统的分类
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，模拟伺服系 统重复精度高，但分辨能力较低(绝对精度低)。伺服系统的精度 在很大程度上取决于检测装置的精度，另外模拟式检测装置的精 度一般低于数字式检测装置．所以模拟伺服系统分辨能力低于数 字伺服系统。另外模拟伺服系统中微小信号容易受到噪声和零漂 的影响、因此当输入信号接近或小于输入端的噪声和零漂时，就 不能进行有效的控制了。
什么是液压放大元件
• • • • 也称液压放大器 一种以机械运动来控制流体动力的元件 将输入的位移或转角转化为流量或压力输出 既是能量转换元件，又是功率放大元件
液压放大元件的分类
• 圆柱滑阀 • 双喷嘴挡板阀 • 射流管阀
滑阀的结构分类及其特点
• • • • 通道数（4、3、2） 工作边数（4、2、1） 凸肩数（2、3、4） 预开口型式（+、0、-）
4.4 电液伺服阀的性能参数
一、静态特性
电液流量伺服阀的静态性能，可根据测试所得到负载流量特性、 空载流量特性、压力特性、内泄漏特性等曲线等性能指标加以 评定。包括 1、压力-流量特性 2、空载流量特性 流量曲线非常有用，它不仅给出阀的极性、额定空载流量、名 义流量增益，而且从中还可以得到阀的线件度、对称度、滞环、 分辨率，并揭示阀的零区特性。 3、压力特性 压力特性曲线是输出流量为零(两个负载油门关闭)时，负载压 降与输入电流呈回环状的函数曲线。 4、内泄漏特性 5、零漂
1.4 液压控制系统的特点
优点：
(1)液压元件的功率—重量比和力矩-惯量比大 可以组成结构紧凑、体积小、重量轻、加速性 好的控制系统。 (2)液压动力元件快速性好，系统响应快。 (3)液压控制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。
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) 油温变化时对系统的性能有很大的影响。 (3) 当液压元件的密封设计、制造相使用维护 不当时．容易引起外漏，造成环境污染。 (4) 液压元件制造精度要求高，成本高。 (5) 液压能源的获得和远距离传输都不如电气 系统方便。
电液比例阀控制原理框图
(a) 结构原理图 (b) 吸力特性图 比例电磁铁及其吸力特性图 1-端盖；2－线圈；3－限位环；4－隔磁环；5－壳体；6－内盖；7-外盖；8－ 调节螺栓；9－弹簧；10－衔铁；11－支撑环；12－导向管
先导式电液比例方向阀 1-弹簧；2－手动应急按钮；3-比例电磁铁4－先导阀；5、8－测 压阀芯；6-先导阀阀芯；7-阻尼孔；9-液动换向阀；10-控制腔； 11-主阀芯
五、电液比例阀
• 电液比例阀的概念及分类 • 电液比例阀的结构及特点 • 电液比例控制系统
5.1 电液比例阀的概念及分类
• 电液比例控制阀简称比例阀，它是一种按输 入电讯号的强弱连续地、按比例地控制系统 流量和压力的阀。 • 根据用途的不同可分为四类： • 电液比例压力阀 • 电液比例流量阀 • 电液比例换向阀 • 电液比例复合阀
如何提高“阀控缸”动力机构的液压固 有频率
• 液压固有频率表示液压动力元件的响应速度。在 液压伺服系统中，液压固有频率往往是整个系统 中最低的频率，它限制了系统的响应速度。为了 提高系统的响应速度，应提高液压固有频率。提 高液压固有频率的方法主要有： • （1）提高油液的体积弹性模量；（可通过提高供 油压力来实现） • （2）使阀与液压缸尽量靠近，采用直而短的管路， 尽量缩小无效容积； • （3）尽量缩短管路，减小管路中油液的附加质量
• 电液伺服阀通常由力矩马达（或力马达）、 液压放大器（先导级和功率级）、反馈机 构三部分组成。 • 电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率 放大元件。它能够将输入的微小电气信号 转换为大功率的液压信号(流量与压力)输出。 • 电液伺服阀控制精度高、响应速度快，是 一种高性能的电液控制元件，在液压伺服 系统中得到了广泛的应用。
5
1
3
4
2
比例方向閥直控式 閥芯不帶位移電反饋
4/3比例方向閥，直動式，帶集成電控 器，位移電反饋並閥芯位置監控
• 由帶中心螺紋和可更換線圈的比例電磁鐵驅動，集 成在閥中的電控器用來控制電磁鐵並檢測閥芯位移。 • 擁有對稱的閥芯遮蓋，可對運行方向和閥芯中位進 行檢測。此外，该閥可產生階躍函數用來補償遮蓋 的影響，也就是說，閥芯可以快速通過遮蓋區域。 • 閥主要應用於對安全性要求比較高的機器上，例如 對壓機進行控制。
按第一级阀的结构形式可分为：
• • • • 滑阀 喷嘴挡板阀（双喷嘴挡板阀） 射流管阀 偏转板射流阀
按反馈形式可分为：
• 滑阀位置反馈 • 负载流量反馈 • 负载压力反馈
按力矩马达是否浸泡在油中可分为：
• 湿式 可使力矩马达受到油液的冷却，但油液中存 在的铁污物使力短马达持性变坏 • 干式 可使力矩马达不受油液污染的影响，目前的 伺服阀都采用干式的
二、 数字伺服系统 在数字伺服系统中，全部信号或部分信号是离散 参量。因此数字伺服系统又分为全数字伺服系统和数 字—模拟伺服系统两种。
数模混合式电液控制系统
• 指令器、比较器：计算机、单片 机、PLC、专用控制器等。 • 控制元件：常规伺服阀或比例阀。 • 反馈元件：常规传感器或总线传 感器。 • 采用总线控制技术。
3.4三种动力机构的性能特点比较
• 控制元件相同，执行元件不同（阀控 缸与阀控马达）时的比较：两者的动 态特性完全相同（只需做变量替换， 数学模型即完全一致） • 控制元件不同，执行元件相同（阀控 马达与泵控马达）时的比较：两者的 动态特性类似（数学模型结构一致， 但参数特征不同）
4.1 电液伺服阀的组成及用途
5.2 电液比例阀的结构及特点
• 在结构上，比例阀是在普通液压控制阀的基础上， 引入比例电磁铁用以代替原来的手调部分，以实 现其输出的压力或流量按输入的电流或电压成比 例地变化的控制。 • 由于比例阀一般都有压力补偿性能，所以它的输 出压力和流量可以不受负载变化的影响。与手动 调节的普通液压阀相比，它能提高系统参数的控 制水平；由于比例电磁铁的功率较大，能够直接 对阀进行控制，因此结构比较简单； • 比例电磁铁的尺寸和惯性较大，使得阀的动态特 性较差，只能满足一般机械的要求，因此从控制 方式和使用性能来讲，比例阀是介于普通液压阀 与电液伺服阀之间的液压元件。
1.5 液压控制系统的发展概况
液压控制是一 门新兴的科学技术。它不但是液压技术的一 个重要分支．而且也是控制领域中的一个重要组成部分。 在第一次和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，促使液压控制得到迅速发展，使这门技术无论在元件和 系统分面，还是在评论与应用方面都日趋完善和成熟，形成一 门新兴的科学技术。 目前，液压控制系统已成为工业自动化的一个重要方面。 在工业领域得到了广泛应用。
比例电磁铁与普通 电磁铁吸力比较 比例电磁铁结构
六、电液控制系统
• 电液控制系统的组成及工作原理 • 电液控制系统的分类 • 电液控制系统的设计（设计步骤、 机电液一体化的设计思路、伺服油 源的特点）
6.1 电液伺服系统的组成及工作原理
阀控式电液位置伺服控制系统工作原理
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(或位移)。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。
液压动力元件的基本概念及其分类
液压动力元件(或称液压动力机构)是 由液压放大元件(液压比控制元件)、液 压执行元件以及负载组成。 有四种基本型式的液压动力元件： 阀控液压缸、 阀控液压马达、 泵控液压缸、 泵控液压马达。
阀控缸动力机构主要性能参数为阀控液 压缸的增益Kq/Ap、液压固有频率、液 压阻尼比
4.2 电液伺服阀的分类
按液压放大级数分为：
• 单级伺服阀 此类阀结构简单、价格低廉，但由于 力矩马达或力马达输出力矩或力小、定位刚度低， 使阀的输出流量有限，对负裁动态变化敏感，阀 的稳定性在很大程度上取决于负载动态，容易产 生不稳定状态。只适用于低压、小流量和负载动 态变化不大的场合。 • 两级伺服阀 此类阀克服了单级伺服阀缺点，是最 常用的型式。 • 三级伺服阀 此类阀通常是由一个两级伺服阀作前 置级控制第三级功率滑阀．功率级滑阀阀芯位移 通过电气反馈形成闭环控制，实现功率级滑阀阀 芯的定位。三级伺服阀通常只用在大流量的场合。
液压传动系统与液压控制系统的关系
• 液压控制技术是在液压传动技术的基础上发展起来 的（介质相同、元件大部分相同、遵循的物理规律 相同、融合了控制理论） • 目的不同（传递动力；对运动量进行精确的控制） • 组成不同（5个组成部分、开环；7个组成部分、闭 环） • 设计理念不同（以静态参数设计为主；静动态结合， 动态性能为主） • 特点不同（有的缺点被放大（对污染的敏感度）， 有点缺点被消除（传动比））
液压比例控制与伺服控制的关系
• • • • • • 产生的背景不同 定位不同 性能不同 应用范围不同 经过不同的发展道路，出现了交叉点 比例方向流量复合阀与伺服阀的异同点
Baidu Nhomakorabea
液压控制的发展历程
液压手动控制 液压先导控制
电液比例、伺服控制
智能化控制
液压控制系统的基本要点
• 含有负反馈的闭环控制系统 • 液压技术、流体力学、控制理论、计算机 技术、传感器技术的结合 • 采用阀控或泵控两种方式 • 阀控：液压放大及控制元件-圆柱滑阀 • 泵控：控制元件-变量机构 • 机电液一体化为特征 • 大量采用新技术 • 核心控制元件：伺服阀、比例阀
1.2液压控制系统的构成及工作原理
液压油源
指令元件
中枢元件
执行元件
被控对象
反馈元件
液压控制系统的组成：
• 输入元件：（指令元件）给出输入信号(指令信号)加 于系统的输入端，是机械的、电气的、气动的等。如 靠模、指令电位器或计算机等。 • 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（中枢元件）：将偏差信号故大、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、电液比例方向流量阀等。 • 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。 • 液压能源装置：定压源
• 动力机构的增益Kq/Ap直接影响系统的稳定性、 响应速度和精度。提高增益可以提高系统的响应 速度和精度，但使系统的稳定性变坏。 • 液压固有频率表示液压动力元件的响应速度。在 液压伺服系统中，液压固有频率往往是整个系统 中最低的频率，它限制了系统的响应速度。为了 提高系统的响应速度，应提高液压固有频率。 • 液压阻尼比表示系统的相对稳定性。为了获得满 意的性能，液压阻尼比应具有适当的值。提高液 压阻尼比对改变系统的性能是十分重要的
1.3 液压控制系统的分类
一、按系统输入信号的变化规律分类 • 定值控制系统：当系统输入信号为定值时称 为定值控制系统。 • 程序控制系统：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 • 伺服控制系统：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。 • 比例控制系统
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、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 和阀控液压马达系统 容积式控制系统：伺服变量泵系统和伺服变 量马达系统。 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。