第9章液壓伺服系統(tǒng)PPT課件

1、圖9-2 液壓伺服系統(tǒng)原理圖 滑閥和液壓缸組合成一個(gè)整體 控制元件執(zhí)行元件第1頁(yè)/共37頁(yè) 滑閥和液壓缸組合成一個(gè)整體，液壓泵4輸出的液壓油通過(guò)溢流閥3調(diào)定壓力后供給系統(tǒng)，通過(guò)伺服閥1控制液壓缸2推動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。伺服閥1為控制元件，液壓缸2為執(zhí)行元件。閥1控制流入缸體2的流量、壓力和液流方向，該系統(tǒng)稱為閥控式液壓伺服系統(tǒng)。由于閥體1與缸體2制成一個(gè)整體，從而構(gòu)成了反饋控制。 將一個(gè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的一部分或全部以一定方式和路徑送回到系統(tǒng)的輸入端作為輸入信號(hào)的一部分，這個(gè)作用過(guò)程叫反饋第2頁(yè)/共37頁(yè) 系統(tǒng)的反饋控制過(guò)程是：當(dāng)伺服閥處于中間位置（零位，即輸入信號(hào)xi=0）時(shí)，閥芯凸肩恰好遮住通往液壓

2、缸的兩個(gè)油口，閥沒有流量輸出，缸體不動(dòng)，系統(tǒng)的輸出量xp=0，系統(tǒng)處于靜止平衡狀態(tài)。 圖9-2 液壓伺服系統(tǒng)原理圖 第3頁(yè)/共37頁(yè) 若給伺服閥一個(gè)輸入位移xi（圖示向右），閥芯將偏離中間位置，節(jié)流口a、b便有一個(gè)相應(yīng)的開口量xv=xi，壓力油經(jīng)a口進(jìn)入液壓缸右腔，左腔油液經(jīng)b口回油，缸體右移xp，由于缸體與閥體是一體的，因此閥體也右移xp，受閥芯輸入端的限制，閥的開口量逐漸減小，即xv=xi-xp，直到xv=0時(shí)，閥的輸出量等于零，缸體停止運(yùn)動(dòng)，處在一個(gè)新的平衡位置，完成了液壓缸輸出位移對(duì)滑閥輸入位移的跟隨運(yùn)動(dòng)。圖9-2 液壓伺服系統(tǒng)原理圖 第4頁(yè)/共37頁(yè) 伺服閥作為轉(zhuǎn)換、放大元件，把輸入

3、的機(jī)械信號(hào)（位移或速度等）轉(zhuǎn)換并放大成液壓信號(hào)（流量或壓力等）輸出至液壓缸。 在這個(gè)系統(tǒng)中，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相反，構(gòu)成負(fù)反饋。缸體的輸出信號(hào)反饋至閥體，并與閥芯輸入信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差（即有開口量）來(lái)控制缸體運(yùn)動(dòng)直到偏差消除為止，從而使輸出位移能精確地復(fù)現(xiàn)輸入位移的變化。 可見，該系統(tǒng)是靠偏差信號(hào)進(jìn)行工作的，即以偏差來(lái)消除偏差，這就是反饋控制的原理。第5頁(yè)/共37頁(yè)負(fù)反饋： 負(fù)反饋的特點(diǎn)可以從“負(fù)”字上得到很好的理解，它主要是通過(guò)輸入、輸出之間的差值作用于控制系統(tǒng)的其他部分。這個(gè)差值就反映了我們要求的輸出和實(shí)際的輸出之間的差別?？刂破鞯目刂撇呗允遣煌p小這個(gè)差值，以使差值變小。負(fù)反饋形成的

4、系統(tǒng)，控制精度高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。第6頁(yè)/共37頁(yè)舉例說(shuō)明： 當(dāng)人打算要拿桌子上的水杯時(shí)，人首先要看到自己的手與杯子之間的距離，然后確定自己手的移動(dòng)方向，手開始向水杯移動(dòng)。同時(shí)人的眼睛不停觀察手與杯子的距離（該距離就是輸入與輸出的差值），而人腦（控制器）的作用就是不?？刂剖忠苿?dòng)，以消除這個(gè)差值。直到手拿到杯子為止，整個(gè)過(guò)程也就結(jié)束了。從上面的例子可以看出，由負(fù)反饋形成的偏差是人準(zhǔn)確完成拿杯子動(dòng)作的關(guān)鍵。如果這個(gè)差值不能得到的話，整個(gè)動(dòng)作也就沒有辦法完成了。這就是眼睛失明的人不能拿到杯子的緣故。負(fù)反饋一般是由測(cè)量元件測(cè)得輸出值后，送入比較元件與輸入值進(jìn)行比較而得到的。第7頁(yè)/共37頁(yè)圖9-3 液壓

5、伺服系統(tǒng)工作原理方塊圖 系統(tǒng)中，移動(dòng)閥芯所需要的信號(hào)功率是很小的，而系統(tǒng)的輸出功率（液壓缸輸出的速度和力）卻可以達(dá)到很大，因此這是一個(gè)功率放大裝置。 本系統(tǒng)中，反饋介質(zhì)是機(jī)械連接，稱為機(jī)械反饋，又稱為機(jī)-液伺服系統(tǒng)。第8頁(yè)/共37頁(yè)綜上所述： 液壓伺服控制的基本原理就是液壓流體動(dòng)力的反饋控制，即利用反饋連接得到偏差信號(hào)，再利用偏差信號(hào)去控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實(shí)際輸出與希望值相符。第9頁(yè)/共37頁(yè)圖9-4 液壓伺服系統(tǒng)組成及職能方塊圖 2、液壓伺服系統(tǒng)的組成第10頁(yè)/共37頁(yè) 1）指令元件（又稱輸入元件） 給出與被控制對(duì)象所希望的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)應(yīng)的

6、指令信號(hào)（輸入信號(hào)），加在系統(tǒng)中的輸入端。 指令元件可以是機(jī)械裝置如凸輪、連桿、模版等，給出位移信號(hào)；也可以是電氣元件如電位計(jì)、程序裝置等，給出電壓信號(hào)。第11頁(yè)/共37頁(yè)2）比較元件 用來(lái)比較輸入信號(hào)和反饋信號(hào)，并將它們的差值作為偏差信號(hào)輸送給后面的元件。實(shí)際系統(tǒng)中，比較元件有時(shí)不單獨(dú)存在，而是與輸入元件、反饋測(cè)量元件或放大元件一起組成同一元件來(lái)完成多種功能。第12頁(yè)/共37頁(yè)3）放大轉(zhuǎn)換元件（液壓功率放大器） 將偏差信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)，并控制執(zhí)行元件的動(dòng)作，如伺服放大器、液壓控制閥、電液伺服閥等。第13頁(yè)/共37頁(yè)4）液壓執(zhí)行元件 驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象動(dòng)作的液壓元件，通常指液壓缸或液壓馬達(dá)。

7、5）檢測(cè)反饋元件 檢測(cè)系統(tǒng)輸出量，將其轉(zhuǎn)換成與輸入信號(hào)具有相同形式的反饋信號(hào)，并回輸給比較元件。反饋元件可以是機(jī)械裝置如齒輪副、連桿等，也可以是電氣元件如各種傳感器、測(cè)速電機(jī)等。6）控制對(duì)象 被控制的機(jī)械設(shè)備，即負(fù)載，它接受液壓伺服系統(tǒng)的控制，并輸出被控制量。第14頁(yè)/共37頁(yè)9.1.2 液壓伺服系統(tǒng)的類型 1）按輸入信號(hào)變化規(guī)律分類 有定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)三類。 當(dāng)系統(tǒng)輸入信號(hào)為定值時(shí)，稱為定值控制系統(tǒng)，其基本任務(wù)是提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 當(dāng)系統(tǒng)的輸入信號(hào)按預(yù)先給定的規(guī)律變化時(shí)，稱為程序控制系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)也稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，其輸入信號(hào)是時(shí)間的未知函數(shù)，輸出量能夠準(zhǔn)確、迅速地

8、復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律。第15頁(yè)/共37頁(yè)9.1.2 液壓伺服系統(tǒng)的類型 2）按偏差信號(hào)的產(chǎn)生和傳遞方式不同分類 有機(jī)液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和氣液伺服系統(tǒng)三類。 機(jī)液伺服系統(tǒng)的給定、反饋和比較環(huán)節(jié)均采用機(jī)械構(gòu)件實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，但偏差的校正和系統(tǒng)增益的調(diào)定困難，機(jī)構(gòu)中的摩擦?xí)绊懴到y(tǒng)的性能； 電液伺服系統(tǒng)中，誤差的檢測(cè)、校正和放大都采用電氣、電子元件，具有很大的靈活性和廣泛的適應(yīng)性，是目前控制精度最優(yōu)的伺服系統(tǒng)； 氣液伺服系統(tǒng)的檢測(cè)和放大都采用氣動(dòng)元件，測(cè)量靈敏度高，工作可靠，但需要專門的氣源裝置。第16頁(yè)/共37頁(yè)9.1.2 液壓伺服系統(tǒng)的類型 3）按輸出物理量分類 有位置伺服系統(tǒng)、速度伺

9、服系統(tǒng)和力（或壓力）伺服系統(tǒng)等。 4）按系統(tǒng)輸出信號(hào)是否反饋分類 有閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。 5）按控制元件不同分類 可分為滑閥式、射流管式、噴嘴擋板式和轉(zhuǎn)閥式等。以上幾種分類方法是從不同角度考慮的，它們實(shí)際上可能指的是同一個(gè)系統(tǒng)。如閥控式電液伺服位置控制系統(tǒng)。第17頁(yè)/共37頁(yè)9.1.3 液壓伺服系統(tǒng)的基本特點(diǎn) 與普通的液壓系統(tǒng)相比，液壓伺服系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 1）它是一個(gè)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)（或跟隨系統(tǒng)）：輸出量自動(dòng)地跟隨輸入量變化規(guī)律而變化； 2）它是一個(gè)誤差控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間存在偏差是液壓伺服系統(tǒng)工作的必要條件，也可以說(shuō)液壓伺服系統(tǒng)是靠偏差信號(hào)進(jìn)行工作的。 第18頁(yè)/共

10、37頁(yè)9.1.3 液壓伺服系統(tǒng)的基本特點(diǎn) 3）它是一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)：被控對(duì)象（或執(zhí)行元件）產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)量（輸出量）必須經(jīng)檢測(cè)反饋元件回輸?shù)奖容^元件，力圖抵消使被控制對(duì)象（或執(zhí)行元件）產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的輸入信號(hào)，即力圖使偏差信號(hào)減小到零，從而形成一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。 4）它是一個(gè)信號(hào)放大系統(tǒng)：系統(tǒng)輸出信號(hào)功率是系統(tǒng)輸入信號(hào)功率的數(shù)倍甚至數(shù)千倍。 第19頁(yè)/共37頁(yè)9.1.3 液壓伺服系統(tǒng)的基本特點(diǎn) 5）與普通液壓系統(tǒng)相比，盡管同樣有液壓泵（能源）、液壓馬達(dá)或液壓缸（執(zhí)行元件）和控制元件，但控制調(diào)節(jié)的精度要求更高。如液壓源提供的液壓力和流量應(yīng)更穩(wěn)定，進(jìn)入執(zhí)行元件的流量特性的線性度更好。第20頁(yè)/共37頁(yè)9

11、.2 液壓伺服系統(tǒng)的基本形式及應(yīng)用 9.2.1 液壓伺服系統(tǒng)的基本形式 液壓伺服系統(tǒng)按控制方式和控制元件的形式分為閥控系統(tǒng)（節(jié)流式）和泵控式（容積式）兩類。 閥控系統(tǒng)，主要控制元件是伺服閥或電液伺服閥。 泵控系統(tǒng)中，主要控制元件是變量泵，目前變量馬達(dá)控制用得較少。第21頁(yè)/共37頁(yè)9.2 液壓伺服系統(tǒng)的基本形式及應(yīng)用 9.2.1 液壓伺服系統(tǒng)的基本形式 變量泵控制液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是效率高、系統(tǒng)剛性大，缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另外，操縱變量泵變量機(jī)構(gòu)所需的力較大，需要專門的操作機(jī)構(gòu)，從而使系統(tǒng)復(fù)雜化。適用于大功率而響應(yīng)速度要求又不太高的場(chǎng)合。 閥控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快、控制精度高，缺點(diǎn)是

12、效率低。由于它的性能優(yōu)越而得到廣泛應(yīng)用，特別是用在中、小功率的快速、高精度液壓伺服系統(tǒng)中。第22頁(yè)/共37頁(yè)9.2 液壓伺服系統(tǒng)的基本形式及應(yīng)用 9.2.1 液壓伺服系統(tǒng)的基本形式 閥控系統(tǒng)中的控制元件主要有三類：滑閥式液壓伺服閥、噴嘴擋板式液壓伺服閥、射流管式液壓伺服閥。 滑閥式液壓伺服閥具有很高的功率放大倍數(shù)，既可作為單級(jí)伺服閥使用，又可作為多級(jí)伺服閥的功率放大級(jí)；后兩種閥的功率放大倍數(shù)小，一般用于多級(jí)（二、三級(jí)）伺服閥的前置放大級(jí)。 第23頁(yè)/共37頁(yè)1.滑閥式液壓伺服閥 滑閥式液壓伺服閥具有優(yōu)良的控制性能，在液壓伺服系統(tǒng)中應(yīng)用最廣。機(jī)構(gòu)與液壓換向閥相似，換向閥是液壓開關(guān)，每個(gè)閥口只有兩

13、個(gè)狀態(tài)，“開”與“關(guān)”?；y式液壓伺服閥則是一個(gè)比例控制的液壓放大器，每個(gè)閥口具有連續(xù)變化的開啟度，以便連續(xù)調(diào)節(jié)通過(guò)液體的流量，其加工精度要求很高。 第24頁(yè)/共37頁(yè)1.滑閥式液壓伺服閥之單邊控制滑閥式液壓伺服閥 圖9-5 單邊控制滑閥式液壓伺服閥 邊數(shù)-起控制作用的閥口數(shù) 沒有外負(fù)載時(shí)，P1A=P2B； 閥芯左移， 增大，P2減小，于是P2BP1A,缸體左移，缸體與閥體一體，閥體左移，又使 減小，直到新的平衡。 第25頁(yè)/共37頁(yè)圖9-6 四邊控制滑閥式液壓伺服閥 1.滑閥式液壓伺服閥之四邊控制滑閥式液壓伺服閥 具有四個(gè)油口，又稱四通液壓伺服閥； 三個(gè)凸肩，四個(gè)控制邊。第26頁(yè)/共37頁(yè) 分別控制A、B兩腔壓力油 分別控制A、B兩腔回油常態(tài)時(shí)：P與T接通，缸體不運(yùn)動(dòng)；21、43、第27頁(yè)/共37頁(yè)圖9-7 滑閥的三種開口形式 按照控制邊相對(duì)于閥套槽邊的位置不同，滑閥式液壓伺服閥可制成正開口、零開口和負(fù)開口三種類型。 閥芯凸肩控制邊與閥套槽邊的相對(duì)位置xs第28頁(yè)/共37頁(yè)圖9-8 噴嘴擋板式液壓伺服系統(tǒng)工作原理圖 2.噴嘴擋板式液壓伺服閥 中間油室第29頁(yè)/共37頁(yè)圖9-9 射流管式液壓伺服閥的工作原理圖