電液控制課件03

1、電液伺服閥的理論分析電液伺服閥的理論分析見：王春行主編見：王春行主編液壓伺服控制系統(tǒng)液壓伺服控制系統(tǒng)p.122 在電液控制系統(tǒng)中，一般采用電壓比較反饋方式，其中的放大元件稱為“電液伺服閥”。指令液壓缸及負(fù)載放大器被控制對象反饋傳感器EU2-y2比較電液伺服閥（伺放）U1IQ? 什么是電液伺服閥,用來干什么？u信號(hào)轉(zhuǎn)換：電I液Qu功率放大：將比較誤差的弱信號(hào)UI轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)負(fù)載缸的大功率PQu放大過程盡量保持線性電磁換向閥電磁換向閥 電液伺服閥?iQPTAB? 電液伺服閥與電磁換向閥有何區(qū)別電液伺服閥?iQPTAB液壓缸及負(fù)載放大器EU2-y2電液伺服閥U1IQ閥閥?iQqiK伺服閥模型這里不是開

2、關(guān)控制IQ是近似比例關(guān)系！? 為何電液換向閥是兩級(jí)電液換向閥?iQ主滑閥先導(dǎo)閥電磁鐵力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)主滑閥主滑閥噴嘴擋板式先導(dǎo)閥噴嘴擋板式先導(dǎo)閥 ?i閥閥?iQqiK伺服閥模型Q伺服閥符號(hào)?iQ一、一、電液伺服閥的組成噴嘴擋板控制主閥實(shí)現(xiàn)功率放大電機(jī)轉(zhuǎn)換vx噴嘴擋板閥控制主閥芯移動(dòng)QQ主滑閥主滑閥（主級(jí)）主級(jí)放大元件?i力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)指F?i力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)指x彈簧彈簧管噴嘴擋板閥反饋隨動(dòng)主滑閥二級(jí)電液伺服閥的組成框圖力矩馬達(dá)先導(dǎo)隨動(dòng)級(jí)主閥電液伺服閥有和之分，絕大部分伺服閥為流量型伺服閥。u電液伺服閥多為兩級(jí)閥；u流量型伺服閥主閥位移XP與的輸入電流I成比例，為了保證主閥芯的定位控制，主閥和

3、先導(dǎo)閥之間設(shè)有位置負(fù)反饋；u位置反饋的形式主要有直接位置反饋和位置-力反饋兩種。 例：負(fù)載壓力反饋噴嘴式伺服閥 當(dāng)力矩馬達(dá)有輸入信號(hào)電流時(shí)，力矩馬達(dá)的電磁轉(zhuǎn)矩使擋板偏離中間位置，控制噴嘴擋板閥4輸出控制壓差推動(dòng)滑閥閥芯7運(yùn)動(dòng)，輸出負(fù)載壓力。 同時(shí)，負(fù)載壓力通過反饋節(jié)流孔6和反饋噴嘴5對擋板產(chǎn)生反饋力矩，使擋板回到中間位置，前置級(jí)停止工作，滑閥閥芯也停止運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，與負(fù)載壓力成正比的反饋力矩等于力矩馬達(dá)輸入電流產(chǎn)生的電磁力矩，因此，伺服閥輸出的負(fù)載壓力與信號(hào)電流成比例。 1-上導(dǎo)磁體；2-銜鐵；3-下導(dǎo)磁體；4-控制噴嘴閥；5-反饋噴嘴；6-反饋節(jié)流孔；7-閥芯；8-固定節(jié)流孔；9-過濾器；10

4、-彈簧管；11-擋板；12-線圈；13-永久磁鐵9例：噴嘴擋板式位置直接反饋二級(jí)電液伺服閥 當(dāng)控制電流驅(qū)動(dòng)力矩馬達(dá)銜鐵繞其轉(zhuǎn)軸3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使擋板4左移時(shí)，使主閥芯6左移。 此時(shí)滑閥右端壓力PL1，增高，左端壓力pL2下降， PL1使擋板力圖逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，當(dāng)與電磁力矩平衡時(shí)，滑閥處于新的工作位置。 這種反饋形式使閥的結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，且反饋無機(jī)械接觸，因此分辨率高。 但是力矩馬達(dá)的線性范圍也就限制了主滑閥的工作行程。1-永久磁鐵；2-導(dǎo)磁體；3-銜鐵轉(zhuǎn)軸；4-擋板； 5-噴嘴；6-滑閥芯；7-固定阻尼孔10負(fù)載流量反饋式伺服閥1-反饋彈簧 2-流量計(jì) 3-固定節(jié)流孔 11二、二、電液伺服閥的

5、分類u單級(jí)伺服閥u兩級(jí)伺服閥u三級(jí)伺服閥1、按級(jí)數(shù)、按級(jí)數(shù)分類u位置反饋式伺服閥位置反饋式伺服閥u力反饋式伺服閥力反饋式伺服閥u流量式反饋伺服閥流量式反饋伺服閥u壓力式反饋伺服閥壓力式反饋伺服閥3、按閥內(nèi)部反饋形式數(shù)、按閥內(nèi)部反饋形式數(shù)分類u滑閥式伺服閥u噴嘴擋板式兩級(jí)伺服閥u射流管式伺服閥2、按第一級(jí)閥的結(jié)構(gòu)形式數(shù)、按第一級(jí)閥的結(jié)構(gòu)形式數(shù)分類流量型伺服閥流量型伺服閥閥閥?iQqiK壓力型伺服閥壓力型伺服閥閥閥?iPPiK一、力矩馬達(dá)一、力矩馬達(dá)的分類電機(jī)轉(zhuǎn)換力馬達(dá)力馬達(dá)T指i彈簧彈簧力矩馬達(dá)電機(jī)轉(zhuǎn)換力馬達(dá)力馬達(dá)xF指i彈簧彈簧力馬達(dá)SSNN2i1i銜鐵銜鐵磁鋼磁鋼導(dǎo)磁體導(dǎo)磁體(一一) 工作原

6、理工作原理電機(jī)轉(zhuǎn)換力馬達(dá)力馬達(dá)T指i彈簧彈簧力矩馬達(dá)SSNN2i1i二、永磁式力矩馬達(dá)二、永磁式力矩馬達(dá)銜鐵銜鐵磁鋼磁鋼導(dǎo)磁體導(dǎo)磁體iTSNNNSSNSNS吸吸吸吸斥斥斥斥KtiT指imtdKiKT見見134面面(5-45)式式(二二) 力矩馬達(dá)輸出的電磁力矩力矩馬達(dá)輸出的電磁力矩SSNN2i1idT電磁力矩系數(shù)磁彈簧剛度電機(jī)轉(zhuǎn)換力馬達(dá)力馬達(dá)指xk1指F指i三、永磁式力馬達(dá)三、永磁式力馬達(dá)力馬達(dá)力馬達(dá) 固定節(jié)流孔固定節(jié)流孔 反饋彈簧桿反饋彈簧桿 噴嘴噴嘴 擋板（導(dǎo)閥芯）擋板（導(dǎo)閥芯） 彈簧管彈簧管（扭簧）（扭簧） 主滑閥主滑閥先導(dǎo)級(jí)油先導(dǎo)級(jí)油缸左腔缸左腔先導(dǎo)級(jí)油先導(dǎo)級(jí)油缸右腔缸右腔反饋反饋彈簧

7、桿彈簧桿 一一. 工作原理工作原理擋板位移x主閥位移-力馬達(dá)凈剛度力馬達(dá)凈剛度(p.142)輸入電流產(chǎn)生力矩反饋彈簧anKSSNNpSpS一一. 工作原理工作原理anK （1）比較方式比較方式（力矩比較）（力矩比較） fiTTTT主閥位移對擋板產(chǎn)生的力vffxkbrT)( fT 以擋板作為以擋板作為力比較元件力比較元件 指令力矩iTiT主閥芯位移vxvx二二. 方塊圖方塊圖 (2)方框圖方框圖(2) 力反饋過程框圖力反饋過程框圖anK主閥位移主閥位移輸入電流輸入電流產(chǎn)生力矩產(chǎn)生力矩?fù)醢逦灰苮x反饋彈簧反饋彈簧彈簧管彈簧管vx偏差力矩偏差力矩TT 以比較結(jié)果以比較結(jié)果驅(qū) 動(dòng) 放 大 元驅(qū) 動(dòng) 放

8、 大 元件（擋板）件（擋板）xx擋桿擋桿位移位移擋桿擋桿位移位移彈簧管彈簧管力矩力矩位移位移轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器彈簧管彈簧管力矩力矩位移位移轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器anKanK見見P.143vxT 被控對象被控對象 被控對象被控對象 力矩比較元件反饋桿反饋桿彈簧管彈簧管xx) 12(/22 sssAKhphphpvqp12)(1222sskbrKmfmfmffananK見見P.144vxxiTfTT 反饋桿反饋桿 閥內(nèi)液壓動(dòng)力元件閥內(nèi)液壓動(dòng)力元件 擋板擋板 彈簧管彈簧管 主閥芯主閥芯 力矩馬達(dá)力矩馬達(dá) 12)(222sskbrKrmfmfmffansAKvqp/ 三三、力反饋伺服閥的傳遞函數(shù)與穩(wěn)定性分析、力反饋伺

9、服閥的傳遞函數(shù)與穩(wěn)定性分析 vxxiTfTT 反饋桿反饋桿 閥內(nèi)液壓動(dòng)力元件閥內(nèi)液壓動(dòng)力元件 擋板擋板 彈簧管彈簧管 主閥芯主閥芯 1tKi力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)12)(222sskbrKrmfmfmffansAKvqp)(力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)主閥芯主閥芯簡化依據(jù)見簡化依據(jù)見P.1464:,mfvfcbK伺服閥頻寬為了保證穩(wěn)定i主滑閥力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)指T力矩馬達(dá)fTiqKLQvx主滑閥vx指TqKLQtK)(1brkf彈簧桿反饋c指T力矩馬達(dá)fTiqKLQvx主滑閥i主滑閥力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)vx指TqKLQtK彈簧桿反饋)(1brkf)(1brkf增益稱為電液伺服閥的流量svqftLsvKKbrkKiQK

10、)(1簡化依據(jù)見簡化依據(jù)見P.148vx)(1brkfiTtKi力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)力反饋閉環(huán)力反饋閉環(huán)SSNNpSpS伺服閥位移增益Kxv力反饋力反饋伺服閥的簡化模型isvKQQqKvx)(1brKfiTtKi力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)力反饋閉環(huán)力反饋閉環(huán)主閥主閥SSNN伺服閥的流量增益Ksv) 12)(1(220ssKsKIQmfmfmfvfsv力反饋力反饋伺服閥的閉環(huán)傳遞函數(shù)S流量型伺服閥閥位流量型伺服閥閥位移移X XP P與輸入電流與輸入電流I I成成比例；比例；S主閥和先導(dǎo)閥之間主閥和先導(dǎo)閥之間有位置負(fù)反饋；有位置負(fù)反饋；S直接位置反饋直接位置反饋和是和是指主閥芯隨著導(dǎo)閥指主閥芯隨著導(dǎo)閥芯動(dòng)芯動(dòng)

11、關(guān)于不同反饋形式的伺服閥的分析可閱讀相關(guān)參考文獻(xiàn)關(guān)于不同反饋形式的伺服閥的分析可閱讀相關(guān)參考文獻(xiàn),不講解不講解.跳到跳到56幀幀p.141理想力馬達(dá)理想力馬達(dá) U I=F vFIUvtKtK理想力馬達(dá)理想力馬達(dá)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型一一 永磁動(dòng)圈式永磁動(dòng)圈式力馬達(dá)力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)閥芯S驅(qū)動(dòng)6毫米以下滑閥芯，推力約30N（3kgf）；S力馬達(dá)將電流 I 轉(zhuǎn)換為線圈推力F。 電機(jī)轉(zhuǎn)換Kt指xk1iFivxxex主閥芯與導(dǎo)閥套連主閥芯與導(dǎo)閥套連XeXX芯X套套Xv帶帶2 2個(gè)固定節(jié)流孔的導(dǎo)閥個(gè)固定節(jié)流孔的導(dǎo)閥控制液控制液壓缸帶動(dòng)主閥芯壓缸帶動(dòng)主閥芯XeXX芯芯X套套vxxex)12(/22 sssAKhphph

12、pvqp二、直接反饋伺服閥控制框圖二、直接反饋伺服閥控制框圖1、采用閥芯、閥套直接比較法；、采用閥芯、閥套直接比較法；2、導(dǎo)閥芯導(dǎo)閥套、導(dǎo)閥芯導(dǎo)閥套直接比較直接比較、通過剛性連接、通過剛性連接直接（測量）反饋直接（測量）反饋；3、放大元件放大元件為導(dǎo)閥部分為導(dǎo)閥部分、缸、缸是主閥兩端部分是主閥兩端部分； 4、指令元件指令元件是線圈，是線圈，被控對象被控對象是主閥芯，使主閥芯位移跟是主閥芯，使主閥芯位移跟蹤動(dòng)圈的指令位移蹤動(dòng)圈的指令位移 。主閥兩端缸主閥兩端缸及主閥阻力及主閥阻力導(dǎo)閥芯閥導(dǎo)閥芯閥套比較套比較線圈線圈導(dǎo)閥導(dǎo)閥指ivx指x閥閥iLQqiK伺服閥用機(jī)液伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)主閥力馬達(dá)LQvx四通

13、閥閥控缸四通閥閥控缸（先導(dǎo)級(jí)）主閥主閥KqKt指xk1vxiFi主級(jí)放大元件pL, QLSSNNpSp1p2iu 主閥兩端壓差通過彈簧轉(zhuǎn)化為主閥芯位移主閥兩端壓差通過彈簧轉(zhuǎn)化為主閥芯位移; ; u 主閥和先導(dǎo)閥之間沒有位置負(fù)反饋。主閥和先導(dǎo)閥之間沒有位置負(fù)反饋。 這種伺服閥內(nèi)部屬于開環(huán)控制，閥的滯環(huán)大，分辨率低?，F(xiàn)在已不生產(chǎn)。u射流管代替噴嘴作導(dǎo)閥射流管代替噴嘴作導(dǎo)閥，射流管，射流管由力矩馬達(dá)帶動(dòng)偏轉(zhuǎn)由力矩馬達(dá)帶動(dòng)偏轉(zhuǎn)射流管射流管u從射流管噴射出的油進(jìn)入與滑從射流管噴射出的油進(jìn)入與滑閥兩端分別相通的兩接收孔中，閥兩端分別相通的兩接收孔中，推動(dòng)閥芯移動(dòng)推動(dòng)閥芯移動(dòng)接收孔接收孔主閥和射流之主閥和射

14、流之間也有力反饋間也有力反饋彈簧桿彈簧桿 這種伺服閥這種伺服閥抗污染抗污染能力強(qiáng)能力強(qiáng)! !u雙噴擋閥、射流管閥都是力反饋型伺服閥，線性度好，雙噴擋閥、射流管閥都是力反饋型伺服閥，線性度好，零漂小。零漂小。u雙噴擋閥的噴嘴間隙小，易被污物卡住雙噴擋閥的噴嘴間隙小，易被污物卡住; ;射流管閥不易射流管閥不易堵塞，抗污染性好。堵塞，抗污染性好。 u射流管閥具有射流管閥具有“失效對中能力失效對中能力”; ;u射流管閥動(dòng)態(tài)性能稍低于噴擋閥。射流管閥動(dòng)態(tài)性能稍低于噴擋閥。一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性l流量特性曲線l壓力特性曲線l內(nèi)泄漏特性曲線(一)、負(fù)載流量特性(二)、空載流量特性主要靜態(tài)性能指標(biāo)：主要靜態(tài)

15、性能指標(biāo)：流量特性曲線：線性度，對稱性，滯環(huán)，零位特性，分辨率；線性度，對稱性，滯環(huán)，零位特性，分辨率；壓力特性曲線：壓力增益壓力增益內(nèi)泄漏特性曲線：內(nèi)泄內(nèi)泄見見p.154（二）流量特性曲線的測量（二）流量特性曲線的測量滯環(huán)i?iQ(2)零偏：由于結(jié)構(gòu)、電磁性零偏：由于結(jié)構(gòu)、電磁性能、水力特性和裝配等方面的能、水力特性和裝配等方面的影響，在控制電流為零時(shí)，輸影響，在控制電流為零時(shí)，輸出流量不為零而需附加一個(gè)電出流量不為零而需附加一個(gè)電流。該值與額定電流的比值稱流。該值與額定電流的比值稱零飄或零偏。零飄或零偏。附加(二)空載流量特性曲線u流量增益u線性度u對稱度u分辨率線性度（三）壓力特性曲線

16、壓力特性曲線是輸出流量為零(兩個(gè)負(fù)載油門關(guān)閉兩個(gè)負(fù)載油門關(guān)閉)時(shí)，負(fù)載壓降PL與輸入電流i間的函數(shù)曲線。?iPST21PPPLAB實(shí)際的壓力特性曲線實(shí)際的壓力特性曲線是負(fù)載是負(fù)載壓降壓降與輸入與輸入電流電流呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線。呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線。?iPST21PPPL1PAB2P斜率為斜率為壓力增益壓力增益u壓力增益低，控制精度低！壓力增益低，控制精度低?。ㄋ模﹥?nèi)泄漏特性曲線主滑閥泄漏主滑閥泄漏噴嘴流量噴嘴流量u泄漏大，壓力增益低，控制精度低！泄漏大，壓力增益低，控制精度低?。ㄎ澹┝闫闫闫玼零偏隨壓力溫度等變化稱為零漂零偏隨壓力溫度等變化稱為零漂（六）零區(qū)特性u線性度和對稱度線性度和對稱度

17、：影響伺服系統(tǒng)的精度，對速度：影響伺服系統(tǒng)的精度，對速度控制系統(tǒng)影響最直接、最大?？刂葡到y(tǒng)影響最直接、最大。u零位區(qū)域特性零位區(qū)域特性：對位置控制精度影響較大。：對位置控制精度影響較大。u分辨率分辨率：精度要求較高的系統(tǒng)對分辨率要求高，：精度要求較高的系統(tǒng)對分辨率要求高，另一種辦法就是添加顫振信號(hào)。另一種辦法就是添加顫振信號(hào)。u壓力增益壓力增益：位置控制系統(tǒng)要求壓力增益盡可能高。：位置控制系統(tǒng)要求壓力增益盡可能高。 二、 動(dòng)態(tài)特性u-3dB-3dB頻寬頻寬-3dB頻寬頻寬170Hz見見P.159三、輸入特性三、輸入特性線圈接法線圈接法 1、圖5-5所示力反饋兩級(jí)電液伺服閥由哪幾部分組成?各部分的作用是什么？其內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)力-位置反饋？誰是比較元件、指令元件？閥的內(nèi)力反饋系統(tǒng)中，哪一部分是放大元件,是什么橋路？2、圖5-11所示直接反饋兩級(jí)滑閥式伺服閥的內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)直接位置反饋？誰是比較元件、指令元件？閥內(nèi)直接位置反饋系統(tǒng)中，哪一部分是放大元件,是什么橋路？3、永