第六章电液伺服系统
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➢ 根据输入信号的形式不同，还可以分为模 拟伺服系统和数字伺服系统两类。下面对 模拟伺服系统和数字伺服系统作一简单介 绍。
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，如图6-1 所示。
➢ 电信号可以是直流量，也可以是交流量。直流量和交流量相 互转换可以通过调制器和解调器完成。
➢ 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，而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 能力低于数字模拟伺服系统。
Q0 I
K sv Tsv s 1
❖当伺服阀的频宽大于液压固有频率（5～10倍）时，伺服阀
可近似看成比例环节
K svGsv (s)
Q0 I
K sv
K sv 伺服阀的流量增益；Gsv (s) K sv 1时伺服阀的传递函数；
Q0 伺服阀的空载流量；sv 伺服阀的固有频率； sv 伺服阀的阻尼比；Tsv 伺服阀的时间常数。
➢ 自整角机输出的交流误差电压信号经相敏放大器前置放大和 解调后转换成直流电压信号。直流电压信号的大小比例于交 流电压信号的幅值，其极性与交流电压信号的相位相适应。 相敏放大器的动态与液压动力元件相比可以忽略，将其看成 比例环节，其增益为 Ug /Ue= Kd 。
➢ 伺服放大器和伺服阀力矩马达线圈的传递函数与伺服放大器 的形式有关。当采用电流负反馈放大器时，由于力矩马达线 圈的转折频率ωa很高，可以忽略。伺服放大器输出电流△i与 输入电压ug近似成比例。其传递函数可用伺服放大器增益表 示，即 △I /Ug= Ka 。
第六章 电液伺服系统
➢ 电液伺服系统综合了电气和液压两方面的特 长，具有控制精度高、响应速度快、输出功 率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的 反馈等优点。
➢ 电液伺服系统在负载质量大又要求响应速度 快的场合使用最为合适，其应用遍及国民经 济和军事工业的各个领域。
§6-1 电液伺服系统的类型
➢ 电液伺服系统分类方法很多，可以从不同 的角度分类，例如位置控制、速度控制、 力控制等；阀控系统、泵控系统；大功率 系统、小功率系统；开环控制系统、闭环 控制系统等。
➢ 电液伺服阀的传递函数采用什么形式，取决于动力元件的液 压固有频率的大小。
❖当伺服阀的频宽与液压固有频率相近时，伺服阀可近似看成
二阶振荡环节
K svGsv
(s)
Q0 I
s2
K sv
2 sv s 1
2 sv
sv
❖当伺服阀的频宽大于液压固有频率（3～5倍）时，伺服阀可
近似看成惯性环节
K G sv sv (s)
s2 s(
2 h
s 1)
h2 h
Kv
开环增益（也称速度放
大系数）， Kv
K e K d K a K sv iDm
。
➢ 当考虑电液伺服阀的动态特性时，系统的开环传递函数如上 式所示是比较复杂的。通常电液伺服阀的响应速度较快，与 液压动力元件相比可以忽略不计，可以把它看成比例环节。 系统方块图可以简化成图6-5所示的形式。系统的开环传递 函数可简化为
❖ 数字-模拟混合式伺服系统，如图6-2所示。数字装置发出的 指令脉冲与反馈脉冲相比较后产生数字偏差，经数模转换器 把信号变为模拟偏差电压，后面的动力部分不变，仍是模拟 元件。系统输出通过数字检测器（即模数转换器）变为反馈 脉冲信号。
➢ 数字检测装置具有很高的分辨能力，所以数字 伺服系统可以得到很高的绝对精度。数字伺服 系统的输入信号是很强的脉冲电压，受模拟量 的噪声和零漂的影响很小。因此，当要求较高 的绝对精度，而不是重复精度时，常采用数字 伺服系统。
➢ 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。
二、数字伺服系统
❖ 在数字伺服系统中，全部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。
❖ 在全数字伺服系统中，动力元件必须能够接受数字信号，可 采用数字阀或电液步进马达。
➢ 在没有弹性负载和不考虑结构柔度时，阀控液压马达的动态
方程为
m
Q0 Dm
Kce iDm2 s2 s(
(1
Vt 4 e K ce
s)TL
2 h s 1)
2 h
h
i 齿轮传动比。
齿轮减速器的传动比为 i m 或
c
➢ 系统的方块图如图6-4所示。
c 1 m i
➢ 系统的开环传递函数为
G(s)H s KvGsv (s)
➢ 图6-3为采用自整角机作为角测量装置的电 液位置伺服系统。
Байду номын сангаас
➢ 自整角机是一种回转式的电磁感应元件，由转子和定子组成。 在定子上绕有星形连接的三相绕组，转子上绕有单相绕组。
➢ 在伺服系统中，自整角机是成对运行的，与指令轴相联的自整 角机称为发送器，与输出轴相联的自整角机称为接受器。发送 器转子绕组接激磁电压，接受器转子绕组输出误差信号电压。 接受器和发送器定子的三相绕组相联。
➢ 数字伺服系统还能运用计算机对信息进行存贮、 解算和控制，在大系统中实现多环路、多参量 的实时控制，因此发展前景广阔。但是，从经 济性、可靠性方面来看，简单的伺服系统仍以 采用模拟控制为宜。
§6-2 电液位置伺服系统的分析
➢ 电液位置伺服系统是最基本和最常用 的液压伺服系统，如机床工作台的位 置、板带扎机的板厚、带材跑偏控制、 飞机和舰船的舵机控制、雷达和火炮 控制系统以及振动试验台等。在其它 物理量的控制系统中，如速度控制和 力控制系统中，也常用位置控制小回 路作为大回路中的一个环节。
➢ 自整角机测量装置输出的误差信号电压是一个振幅调制波， 其频率等于激磁电压（载波）的频率，其幅值与输入轴和输 出轴之间的误差角的正弦成正比，即 Ue=Kesin(θr- θc) 。
在误差角(θr- θc)很小时，sin(θr- θc) ≈θr- θc ，故自整角机的 增益为 Ue /(θr- θc)= Ke 。
一、系统的组成及其传递函数
➢ 电液伺服系统的动力元件有阀控式和泵控 式两种基本型式，但是由于其所采用的指 令装置、反馈测量装置和相应的放大、校 正的电子部件不同，就构成了不同的系统。 如果采用电位器作为指令装置和反馈装置， 就可以构成直流电液位置伺服系统；如果 采用自整角机或旋转变压器作为指令装置 和反馈装置，就可以构成交流电液位置伺 服系统。
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，如图6-1 所示。
➢ 电信号可以是直流量，也可以是交流量。直流量和交流量相 互转换可以通过调制器和解调器完成。
➢ 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，而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 能力低于数字模拟伺服系统。
Q0 I
K sv Tsv s 1
❖当伺服阀的频宽大于液压固有频率（5～10倍）时，伺服阀
可近似看成比例环节
K svGsv (s)
Q0 I
K sv
K sv 伺服阀的流量增益；Gsv (s) K sv 1时伺服阀的传递函数；
Q0 伺服阀的空载流量；sv 伺服阀的固有频率； sv 伺服阀的阻尼比；Tsv 伺服阀的时间常数。
➢ 自整角机输出的交流误差电压信号经相敏放大器前置放大和 解调后转换成直流电压信号。直流电压信号的大小比例于交 流电压信号的幅值，其极性与交流电压信号的相位相适应。 相敏放大器的动态与液压动力元件相比可以忽略，将其看成 比例环节，其增益为 Ug /Ue= Kd 。
➢ 伺服放大器和伺服阀力矩马达线圈的传递函数与伺服放大器 的形式有关。当采用电流负反馈放大器时，由于力矩马达线 圈的转折频率ωa很高，可以忽略。伺服放大器输出电流△i与 输入电压ug近似成比例。其传递函数可用伺服放大器增益表 示，即 △I /Ug= Ka 。
第六章 电液伺服系统
➢ 电液伺服系统综合了电气和液压两方面的特 长，具有控制精度高、响应速度快、输出功 率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的 反馈等优点。
➢ 电液伺服系统在负载质量大又要求响应速度 快的场合使用最为合适，其应用遍及国民经 济和军事工业的各个领域。
§6-1 电液伺服系统的类型
➢ 电液伺服系统分类方法很多，可以从不同 的角度分类，例如位置控制、速度控制、 力控制等；阀控系统、泵控系统；大功率 系统、小功率系统；开环控制系统、闭环 控制系统等。
➢ 电液伺服阀的传递函数采用什么形式，取决于动力元件的液 压固有频率的大小。
❖当伺服阀的频宽与液压固有频率相近时，伺服阀可近似看成
二阶振荡环节
K svGsv
(s)
Q0 I
s2
K sv
2 sv s 1
2 sv
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❖当伺服阀的频宽大于液压固有频率（3～5倍）时，伺服阀可
近似看成惯性环节
K G sv sv (s)
s2 s(
2 h
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h2 h
Kv
开环增益（也称速度放
大系数）， Kv
K e K d K a K sv iDm
。
➢ 当考虑电液伺服阀的动态特性时，系统的开环传递函数如上 式所示是比较复杂的。通常电液伺服阀的响应速度较快，与 液压动力元件相比可以忽略不计，可以把它看成比例环节。 系统方块图可以简化成图6-5所示的形式。系统的开环传递 函数可简化为
❖ 数字-模拟混合式伺服系统，如图6-2所示。数字装置发出的 指令脉冲与反馈脉冲相比较后产生数字偏差，经数模转换器 把信号变为模拟偏差电压，后面的动力部分不变，仍是模拟 元件。系统输出通过数字检测器（即模数转换器）变为反馈 脉冲信号。
➢ 数字检测装置具有很高的分辨能力，所以数字 伺服系统可以得到很高的绝对精度。数字伺服 系统的输入信号是很强的脉冲电压，受模拟量 的噪声和零漂的影响很小。因此，当要求较高 的绝对精度，而不是重复精度时，常采用数字 伺服系统。
➢ 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。
二、数字伺服系统
❖ 在数字伺服系统中，全部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。
❖ 在全数字伺服系统中，动力元件必须能够接受数字信号，可 采用数字阀或电液步进马达。
➢ 在没有弹性负载和不考虑结构柔度时，阀控液压马达的动态
方程为
m
Q0 Dm
Kce iDm2 s2 s(
(1
Vt 4 e K ce
s)TL
2 h s 1)
2 h
h
i 齿轮传动比。
齿轮减速器的传动比为 i m 或
c
➢ 系统的方块图如图6-4所示。
c 1 m i
➢ 系统的开环传递函数为
G(s)H s KvGsv (s)
➢ 图6-3为采用自整角机作为角测量装置的电 液位置伺服系统。
Байду номын сангаас
➢ 自整角机是一种回转式的电磁感应元件，由转子和定子组成。 在定子上绕有星形连接的三相绕组，转子上绕有单相绕组。
➢ 在伺服系统中，自整角机是成对运行的，与指令轴相联的自整 角机称为发送器，与输出轴相联的自整角机称为接受器。发送 器转子绕组接激磁电压，接受器转子绕组输出误差信号电压。 接受器和发送器定子的三相绕组相联。
➢ 数字伺服系统还能运用计算机对信息进行存贮、 解算和控制，在大系统中实现多环路、多参量 的实时控制，因此发展前景广阔。但是，从经 济性、可靠性方面来看，简单的伺服系统仍以 采用模拟控制为宜。
§6-2 电液位置伺服系统的分析
➢ 电液位置伺服系统是最基本和最常用 的液压伺服系统，如机床工作台的位 置、板带扎机的板厚、带材跑偏控制、 飞机和舰船的舵机控制、雷达和火炮 控制系统以及振动试验台等。在其它 物理量的控制系统中，如速度控制和 力控制系统中，也常用位置控制小回 路作为大回路中的一个环节。
➢ 自整角机测量装置输出的误差信号电压是一个振幅调制波， 其频率等于激磁电压（载波）的频率，其幅值与输入轴和输 出轴之间的误差角的正弦成正比，即 Ue=Kesin(θr- θc) 。
在误差角(θr- θc)很小时，sin(θr- θc) ≈θr- θc ，故自整角机的 增益为 Ue /(θr- θc)= Ke 。
一、系统的组成及其传递函数
➢ 电液伺服系统的动力元件有阀控式和泵控 式两种基本型式，但是由于其所采用的指 令装置、反馈测量装置和相应的放大、校 正的电子部件不同，就构成了不同的系统。 如果采用电位器作为指令装置和反馈装置， 就可以构成直流电液位置伺服系统；如果 采用自整角机或旋转变压器作为指令装置 和反馈装置，就可以构成交流电液位置伺 服系统。