液壓伺服控制1章

1、1 液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成 液壓伺服控制的分類液壓伺服控制的分類 液壓伺服控制的優(yōu)缺點(diǎn)液壓伺服控制的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓伺服控制的發(fā)展和應(yīng)用液壓伺服控制的發(fā)展和應(yīng)用本章主要內(nèi)容為本章主要內(nèi)容為 ：第一章第一章 緒論緒論2流體傳動(dòng)及控制學(xué)科流體傳動(dòng)及控制學(xué)科機(jī)械機(jī)械- -電子電子- -液壓一體化的綜合學(xué)科液壓一體化的綜合學(xué)科有壓流體的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)了功率的傳送及傳遞。有壓流體的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)了功率的傳送及傳遞。 借助計(jì)算機(jī)及其它電子元件借助計(jì)算機(jī)及其它電子元件, 流體控制元流體控制元 件和件和 動(dòng)力元件實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)力的傳送、傳遞和高精度動(dòng)力元件實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)力的傳送、傳遞和高精度

2、 的控制。的控制。流體傳動(dòng)及控制學(xué)科定義流體傳動(dòng)及控制學(xué)科定義泵泵（能量轉(zhuǎn)換）（能量轉(zhuǎn)換）控制元件控制元件執(zhí)行元件執(zhí)行元件（能量轉(zhuǎn)換）（能量轉(zhuǎn)換）機(jī)械能機(jī)械能壓力能壓力能MFvpQpQMFv3密閉容器主動(dòng)柱塞從動(dòng)柱塞流體介質(zhì)負(fù)載負(fù)載 F2面積面積 A2面積面積 A1壓力壓力 p主動(dòng)力主動(dòng)力 F14密閉容器主動(dòng)柱塞從動(dòng)柱塞流體介質(zhì)負(fù)載負(fù)載 F2面積面積 A2面積面積 A1壓力壓力 p主動(dòng)力主動(dòng)力 F1 v1 v2Q5學(xué)習(xí)本門課的目的 熟悉、理解并掌握液壓控制元件的基本特性 熟悉、理解并掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。 具備從事液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的基本能力和進(jìn)一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。6課程內(nèi)容課程內(nèi)容 液

3、壓放大元件液壓放大元件 液壓動(dòng)力元件液壓動(dòng)力元件 機(jī)液伺服系統(tǒng)機(jī)液伺服系統(tǒng) 電液伺服閥電液伺服閥 電液伺服系統(tǒng)及設(shè)計(jì)電液伺服系統(tǒng)及設(shè)計(jì)7考核方式考核方式 作業(yè)（作業(yè)（20%） 期末考試（閉卷考試期末考試（閉卷考試80分）分） 其它規(guī)定按學(xué)校文件執(zhí)行其它規(guī)定按學(xué)校文件執(zhí)行81.1 1.1 液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成一、液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理一、液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理二、液壓伺服控制系統(tǒng)的組成二、液壓伺服控制系統(tǒng)的組成91)1)采用采用電壓比較電壓比較的的液壓液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對(duì)象傳感器2比較元件執(zhí)行元件放大元件指令元

4、件10控制系統(tǒng)組成：被控對(duì)象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動(dòng)力元件（閥、缸）UiEUP指令指令Xi液壓動(dòng)力元件液壓動(dòng)力元件放大元件112)2)采用采用電壓比較電壓比較的的電動(dòng)電動(dòng)工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對(duì)象傳感器2比較元件執(zhí)行元件放大元件指令元件12電動(dòng)力元件電動(dòng)力元件UiEUP指令指令Xi電機(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)組成：被控對(duì)象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動(dòng)力元件（可控硅、電機(jī)）將液壓動(dòng)力元件（伺將液壓動(dòng)力元件（伺服閥、缸）換成電動(dòng)服閥、缸）換成電動(dòng)力元件（可控硅與電力元件（可控硅與電動(dòng)機(jī)）動(dòng)機(jī)）133)3)采用采用力比較力比較的的液壓液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)工作臺(tái)

5、位置控制系統(tǒng)指令傳感器指令傳感器K1反饋傳感器反饋傳感器K2F1F2F1=Xi*K1F2=Xp*K214液壓動(dòng)力元件液壓動(dòng)力元件采用力比采用力比較方式，用彈簧較方式，用彈簧作為位移作為位移-力傳力傳感器，以閥芯作感器，以閥芯作為力比較元件。為力比較元件。DF指令指令XiF1F1F2F2指令傳感器指令傳感器反饋傳反饋傳感器感器154)4)采用采用直接位置比較直接位置比較的的液壓液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)指令元件與閥芯相連指令元件與閥芯相連受控對(duì)象與閥套相連受控對(duì)象與閥套相連Xi=X芯芯Xp=X套套16閥芯與閥套閥芯與閥套采用閥芯閥采用閥芯閥套直較方式套直較方式Xv指令指令XiX芯芯

6、X套套指令傳感器指令傳感器反饋傳反饋傳感器感器17 ps p0p1p2Aqq xy c5) 計(jì)算機(jī)控制電液位置控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制電液位置控制系統(tǒng)18計(jì)算機(jī)控制電液位置控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制電液位置控制系統(tǒng)原理框圖原理框圖信號(hào)信號(hào)發(fā)生發(fā)生19XPXi6) 飛機(jī)舵機(jī)機(jī)液控制系統(tǒng)飛機(jī)舵機(jī)機(jī)液控制系統(tǒng)pS比較杠桿比較杠桿XPXV20手手XiXVXPXiXVXV =X1 -X2L2L1+ L2X1L1L2Xi-X2L1L2L1L1+ L2X1X221液壓動(dòng)力元件液壓動(dòng)力元件指令指令XiXV1212XPXipS比較杠桿比較杠桿XV22y27) 電液仿形控制系統(tǒng)電液仿形控制系統(tǒng)測(cè)量傳感器2測(cè)量傳感器1y1 ps

7、 p0p1p2Aqq x 比較元件與調(diào)節(jié)器23 閉環(huán)控制系統(tǒng)由閉環(huán)控制系統(tǒng)由開環(huán)控制（動(dòng)力）和和負(fù)反饋裝置兩部分組成；兩部分組成； 負(fù)反饋裝置由由比較元件、測(cè)量反饋元件、調(diào)節(jié)器比較元件、測(cè)量反饋元件、調(diào)節(jié)器構(gòu)成；構(gòu)成； 開環(huán)控制部分由由放大元件（放大元件（電液伺服閥電液伺服閥）、能量轉(zhuǎn)換元件（）、能量轉(zhuǎn)換元件（缸缸）、負(fù)）、負(fù)載載構(gòu)成；構(gòu)成； 指令元件指令元件通過閉環(huán)系統(tǒng)控制通過閉環(huán)系統(tǒng)控制被控對(duì)象被控對(duì)象，使被控位移，使被控位移跟蹤指跟蹤指令位移令位移 。電液仿形控制系統(tǒng)原理框圖電液仿形控制系統(tǒng)原理框圖指令指令元件元件其余部分為負(fù)反饋裝置24二、液壓伺服控制系統(tǒng)的組成二、液壓伺服控制系統(tǒng)的組

8、成輸入元件輸入元件反饋測(cè)量元件反饋測(cè)量元件比較元件比較元件放大轉(zhuǎn)換元件放大轉(zhuǎn)換元件執(zhí)行元件執(zhí)行元件控制對(duì)象控制對(duì)象校正裝置校正裝置液壓能源裝置液壓能源裝置251.2 1.2 液壓伺服控制的分類液壓伺服控制的分類一、按輸入信號(hào)分類：一、按輸入信號(hào)分類： 1 定值控制系統(tǒng)：其本任務(wù)是抗干擾性 2 程序控制系統(tǒng)：按給定規(guī)律變化 3 伺服控制系統(tǒng)：隨動(dòng)（穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速）二、按被控物理量分類：二、按被控物理量分類： 1 位置控制系統(tǒng)； 2 速度控制系統(tǒng)； 3 力控制系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)、負(fù)載力控制系統(tǒng) 4 加速度控制系統(tǒng) 5 壓力控制系統(tǒng)26 三、按液壓動(dòng)力元件的控制方式或液壓控制元件的形式分類：三、

9、按液壓動(dòng)力元件的控制方式或液壓控制元件的形式分類： 1)節(jié)流式（閥控式）控制系統(tǒng) 閥控液壓缸系統(tǒng)、閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng) 恒壓伺服系統(tǒng)、恒流伺服系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉、效率 高但閥的線性度差，用于系統(tǒng)性能要求不高的場(chǎng)合） 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快、控制精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：效率低 2)容積式（變量泵控制或變量馬達(dá)控制）控制系統(tǒng) 伺服變量泵系統(tǒng)、伺服變量馬達(dá)系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：效率高 缺點(diǎn)：響應(yīng)速度較慢、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操縱變量機(jī)構(gòu)需要單 獨(dú)的能源27四、按控策略分類：四、按控策略分類： 一般控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等。五、按信號(hào)傳遞介質(zhì)的形式分類：五、按信號(hào)傳遞介質(zhì)的形式分類： 1)機(jī)械-液壓 控制系統(tǒng) 優(yōu)

10、點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便 缺點(diǎn)：校正、增益調(diào)整不方便，摩擦間隙 應(yīng)用：響應(yīng)和精度要求不是很高的位置控制系統(tǒng) 2)電氣-液壓控制系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：綜合電氣與液壓的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)信號(hào)的測(cè)量、校正、放大比較方便，且響應(yīng)速度快，抗負(fù)載剛度大 3)氣動(dòng)-液壓控制系統(tǒng)。 偏差信號(hào)的檢測(cè)和初始放大均采用氣動(dòng)元件完成 優(yōu)點(diǎn)：氣動(dòng)測(cè)量靈敏度高、工作可靠、可在惡劣的環(huán)境中工作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：需要?dú)庠吹雀綄僭O(shè)備此外還有此外還有模擬控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)之分之分 。28一、液壓伺服控制的優(yōu)點(diǎn)一、液壓伺服控制的優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)：轉(zhuǎn)動(dòng)： 電機(jī)：同功率時(shí)電機(jī)：同功率時(shí)慣性大慣性大-響應(yīng)慢響應(yīng)慢； 液壓馬達(dá)：

11、同功率時(shí)液壓馬達(dá)：同功率時(shí)慣性小慣性小-響應(yīng)快響應(yīng)快。直線運(yùn)動(dòng)：直線運(yùn)動(dòng)： 電傳動(dòng)：電傳動(dòng)：齒輪齒輪+齒條齒條+電機(jī)電機(jī)-慢、難慢、難； 液壓缸驅(qū)動(dòng)：液壓缸驅(qū)動(dòng)：-快、易快、易。29 設(shè)有一充滿流體的密閉容腔, 其內(nèi)流體容積 V =1L, 其內(nèi)壓力p =10MPa, 設(shè)將其內(nèi)的能量在時(shí)間間隔 t = 0.1Sec內(nèi)釋放出來(lái)我們可計(jì)算出此間的平均功率N為:W101001 . 01011010336tpV1)1)適應(yīng)于功率大的場(chǎng)合適應(yīng)于功率大的場(chǎng)合302)2)適應(yīng)于要求剛度大、響應(yīng)快的場(chǎng)合適應(yīng)于要求剛度大、響應(yīng)快的場(chǎng)合 設(shè)有一液柱如圖 所示，其液柱剛度 K 和液柱的固有頻率可由下兩式計(jì)算：KEAV

12、2 KMEAMV2 通常, 液體的體積模量E=2.1109Pa, 當(dāng)A= 3.8510-3m2，V=3.8510-4m3，M=20kg時(shí), 液柱剛度 K 和液柱固有頻率分別為KEAV29324721 10385 10385 1080810.( .).(N/ m) KM80810202010 13207.( / s)HzLM L=0.1m D=70mm313)3)液壓伺服系統(tǒng)抗負(fù)載的剛度大液壓伺服系統(tǒng)抗負(fù)載的剛度大1）液壓剛度高，允許較大的開環(huán)放大系數(shù)，故高精度，高響應(yīng)。 2）油液的可壓縮性很小，泄露也很小，故速度剛度大，組成閉環(huán)時(shí)位置剛度也大?？刹捎瞄_環(huán)控制 電動(dòng)機(jī)的位置剛度接近于零，只能采用

13、閉環(huán)控制。 氣動(dòng)系統(tǒng)由于氣體可壓縮性的影響，其剛度只有液壓系統(tǒng)1/400。324)4)適應(yīng)于要求自動(dòng)化程度高適應(yīng)于要求自動(dòng)化程度高, , 要求控制精度高的場(chǎng)合要求控制精度高的場(chǎng)合流體傳動(dòng)及控制由于其控制部分直接采用電控件，易于電控及計(jì)算機(jī)控制、可柔性大；由于系統(tǒng)剛度高，又可引入閉環(huán)控制元件，易于達(dá)到高精度的控制。 在大型設(shè)備、自動(dòng)化程度高的設(shè)備，一方面要求功率大，另一方面要求精度高，由于現(xiàn)代化要求生產(chǎn)速度快、生產(chǎn)程序靈活，因此，機(jī)-電-液一體化系統(tǒng)變成為了首選。 在軍工設(shè)備方面上也是如此?？蓪?shí)現(xiàn)無(wú)人化工作，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人化工作，控制精度可達(dá)控制精度可達(dá)0.1m以上以上335)5)其它優(yōu)點(diǎn)其它優(yōu)點(diǎn)潤(rùn)

14、滑性好，壽命長(zhǎng) 調(diào)速范圍寬，低速穩(wěn)定性好 能量存儲(chǔ)較方便（蓄能器） 過載保護(hù)容易 易冷卻34二、液壓伺服控制的缺點(diǎn)二、液壓伺服控制的缺點(diǎn)1) 元件元件制造精度高制造精度高, 通常機(jī)械精度為微米級(jí)通常機(jī)械精度為微米級(jí), 故故對(duì)顆粒雜質(zhì)的過濾要求高對(duì)顆粒雜質(zhì)的過濾要求高, 這一點(diǎn)今天在這一點(diǎn)今天在技術(shù)上技術(shù)上已不已不存在任何困難，但系統(tǒng)存在任何困難，但系統(tǒng)造價(jià)高造價(jià)高； 2) 綜合學(xué)科多綜合學(xué)科多, 因而因而技術(shù)含量高技術(shù)含量高, 維護(hù)困難；維護(hù)困難； 3) 易污染環(huán)境；易污染環(huán)境； 4) 易因堵塞造成故障；易因堵塞造成故障； 5) 系統(tǒng)性能受油溫變化的影響（油液的體積彈性系統(tǒng)性能受油溫變化的影響（油液的體積彈性模量）；模量）； 6) 液壓能源的獲得和遠(yuǎn)距離傳輸都不如電氣系統(tǒng)液壓能源的獲得和遠(yuǎn)距離傳輸都不如電氣系統(tǒng)方便。方便。351.4 1.4 液壓伺服控制的發(fā)展和應(yīng)用液壓伺服控制的發(fā)展和應(yīng)