液壓伺服控制1章

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優(yōu)缺點(diǎn)液壓伺服控制的發(fā)展和應(yīng)用本章主要內(nèi)容為：第一章緒論1

流體傳動及控制學(xué)科——機(jī)械-電子-液壓一體化的綜合學(xué)科

有壓流體的流動實(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,流體控制元件和動力元件實(shí)現(xiàn)了對動力的傳送、傳遞和高精度的控制。

流體傳動及控制學(xué)科定義泵（能量轉(zhuǎn)換）控制元件執(zhí)行元件（能量轉(zhuǎn)換）機(jī)械能機(jī)械能壓力能壓力能MωFvpQpQMωFv2密閉容器主動柱塞從動柱塞流體介質(zhì)負(fù)載F2面積A2面積A1壓力p主動力F13密閉容器主動柱塞從動柱塞流體介質(zhì)負(fù)載F2面積A2面積A1壓力p主動力F1v1

v2Q4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)。5課程內(nèi)容液壓放大元件液壓動力元件機(jī)液伺服系統(tǒng)電液伺服閥電液伺服系統(tǒng)及設(shè)計(jì)6考核方式作業(yè)（20%）期末考試（閉卷考試80分）其它規(guī)定按學(xué)校文件執(zhí)行71.1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)的工作原理二、液壓伺服控制系統(tǒng)的組成81)采用電壓比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對象傳感器2比較元件執(zhí)行元件放大元件指令元件9控制框圖控制系統(tǒng)組成：被控對象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動力元件（閥、缸）擾動指令電位器反饋電位器伺服閥液壓能源I液壓缸電放大KaIUiE-電壓比較UPKa被控工作臺XP工作臺指令Xi液壓動力元件放大元件102)采用電壓比較的電動工作臺位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對象傳感器2比較元件執(zhí)行元件放大元件指令元件11電動力元件控制框圖擾動指令電位器反饋電位器可控硅電源I電放大KaEUiE-電壓比較UPKa被控工作臺XP工作臺指令Xi電機(jī)控制系統(tǒng)組成：被控對象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動力元件（可控硅、電機(jī)）將液壓動力元件（伺服閥、缸）換成電動力元件（可控硅與電動機(jī)）123)采用力比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng)指令傳感器K1反饋傳感器K2F1F2F1=Xi*K1F2=Xp*K213液壓動力元件控制框圖

采用力比較方式，用彈簧作為位移-力傳感器，以閥芯作為力比較元件。擾動液壓缸1K1+K2DF-力比較Ka被控工作臺XP工作臺指令XiF1F1F2F2指令傳感器K1指令傳感器反饋傳感器K2反饋傳感器伺服閥液壓能源xv144)采用直接位置比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng)指令元件與閥芯相連受控對象與閥套相連Xi=X芯Xp=X套15閥芯與閥套控制框圖采用閥芯閥套直較方式擾動液壓缸Xv-位置比較Ka被控工作臺XP工作臺指令XiX芯X套1指令傳感器1反饋傳感器伺服閥16psp0p1p2Aqq閥芯輸入

x輸出y

力矩馬達(dá)cPLC位移傳感器A-D/D-A轉(zhuǎn)換工作臺恒壓力油源放大電路負(fù)載測量桿計(jì)算機(jī)液壓控制部分電子部分5)計(jì)算機(jī)控制電液位置控制系統(tǒng)17計(jì)算機(jī)控制電液位置控制系統(tǒng)原理框圖液壓執(zhí)行件電放大被控制對象檢測及物理量轉(zhuǎn)換XiEBF-Xo擾動比較信號發(fā)生

計(jì)算機(jī)控制部分D/AA/D電液伺服閥液壓能源18XPXi升力阻力6)飛機(jī)舵機(jī)機(jī)液控制系統(tǒng)pS飛機(jī)舵機(jī)指令位移比較杠桿舵機(jī)位移XPXV19-杠桿比較XP手XiXVXPXi舵機(jī)位移XV手動XV=X1-X2L2L1+

L2X1指令L1L2Xi舵機(jī)位移-X2L1L2XPL1L1+

L2X1X220液壓動力元件擾動液壓缸-杠桿比較飛機(jī)舵機(jī)XP指令XiXV伺服閥液壓能源1212XPXipS飛機(jī)舵機(jī)比較杠桿舵機(jī)位移XV手動21放大元件輸出y2開環(huán)控制部分負(fù)反饋部分7)電液仿形控制系統(tǒng)測量傳感器2測量傳感器1輸入y1psp0p1p2Aqq

x

力矩馬達(dá)恒壓力油源比較元件與調(diào)節(jié)器U1U2I指令元件被控對象22開環(huán)控制（放大）部分液壓缸及負(fù)載閉環(huán)控制系統(tǒng)由開環(huán)控制（動力）和負(fù)反饋裝置兩部分組成；負(fù)反饋裝置由比較元件、測量反饋元件、調(diào)節(jié)器構(gòu)成；開環(huán)控制部分由放大元件（電液伺服閥）、能量轉(zhuǎn)換元件（缸）、負(fù)載構(gòu)成；

指令元件通過閉環(huán)系統(tǒng)控制被控對象，使被控位移y2跟蹤指令位移y1

。放大器被控制對象傳感2（物理量轉(zhuǎn)換）y1EU2-y2電液仿形控制系統(tǒng)原理框圖擾動比較指令元件

其余部分為負(fù)反饋裝置電液伺服閥液壓能源（伺放）傳感1U1I23二、液壓伺服控制系統(tǒng)的組成輸入元件反饋測量元件比較元件放大轉(zhuǎn)換元件執(zhí)行元件控制對象校正裝置液壓能源裝置241.2液壓伺服控制的分類一、按輸入信號分類：

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（穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速）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)25三、按液壓動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)性能要求不高的場合）

優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快、控制精度高、結(jié)構(gòu)簡單

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26四、按控策略分類：

一般控制系統(tǒng)、串級控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等。五、按信號傳遞介質(zhì)的形式分類：

1)機(jī)械-液壓控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護(hù)簡便缺點(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)：對信號的測量、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-液壓控制系統(tǒng)。偏差信號的檢測和初始放大均采用氣動元件完成

優(yōu)點(diǎn)：氣動測量靈敏度高、工作可靠、可在惡劣的環(huán)境中工作、結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)：需要?dú)庠吹雀綄僭O(shè)備此外還有模擬控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)之分。27一、液壓伺服控制的優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)動：

電機(jī)：同功率時慣性大----響應(yīng)慢；液壓馬達(dá)：同功率時慣性小----響應(yīng)快。直線運(yùn)動：

電傳動：齒輪+齒條+電機(jī)----慢、難；液壓缸驅(qū)動：----快、易。28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)的能量在時間間隔t=0.1Sec內(nèi)釋放出來我們可計(jì)算出此間的平均功率N為:1)適應(yīng)于功率大的場合292)適應(yīng)于要求剛度大、響應(yīng)快的場合設(shè)有一液柱如圖所示，其液柱剛度K和液柱的固有頻率ω可由下兩式計(jì)算：通常,液體的體積模量E=2.1×109Pa,當(dāng)A=3.85×10-3m2，V=3.85×10-4m3，M=20kg時,液柱剛度K和液柱固有頻率ω分別為柱塞面積AL體積VML=0.1mD=70mm試將此頻率與交流電的頻率比一比!303)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)時位置剛度也大?？刹捎瞄_環(huán)控制電動機(jī)的位置剛度接近于零，只能采用閉環(huán)控制。氣動系統(tǒng)由于氣體可壓縮性的影響，其剛度只有液壓系統(tǒng)1/400。314)適應(yīng)于要求自動化程度高,要求控制精度高的場合

流體傳動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。可實(shí)現(xiàn)無人化工作，控制精度可達(dá)0.1μm以上325)其它優(yōu)點(diǎn)

潤滑性好，壽命長調(diào)速范圍寬，低速穩(wěn)定性好能量存儲較方便（蓄能器）過載保護(hù)容易易冷卻33二、液壓伺服控制的缺點(diǎn)

1)元件制造精度高,通常機(jī)械精度為微米級,故對顆粒雜質(zhì)的過濾要求高,這一點(diǎn)今天在技術(shù)上已不存在任何困難，但系統(tǒng)造價(jià)高；2)綜合學(xué)科多,因而技術(shù)含量高,維護(hù)困難；3)易污染環(huán)境；4)易因堵塞造成故障；5)系統(tǒng)性能受油溫變化的影響（油液的體積彈性模量）；