《機(jī)電一體化技術(shù)》課件-第三章 3.3-3.4

第3章伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)3.3電氣伺服系統(tǒng)3.3電氣伺服系統(tǒng)

2（1）直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理3.3.1、直流伺服系統(tǒng)圖3-3.1直流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)直流伺服電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、原理相同。只是為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)做得細(xì)長(zhǎng)一些。直流伺服電動(dòng)機(jī)主要由磁極、電驅(qū)、電刷、換向片等部分組成，如圖3-3.1所示。3.3電氣伺服系統(tǒng)

3（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)的類型及特點(diǎn)3.3.1、直流伺服系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)具有穩(wěn)定性好、易控制、響應(yīng)快、控制功率低、損耗小、轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)中得到了較廣泛的應(yīng)用，但是電刷和換向器的使用增大了電動(dòng)機(jī)維護(hù)的工作量，縮短了電動(dòng)機(jī)的使用壽命。3.3電氣伺服系統(tǒng)

43.3.1、直流伺服系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)定子勵(lì)磁方式電磁式他勵(lì)式串勵(lì)式并勵(lì)式復(fù)勵(lì)式永磁式電驅(qū)的結(jié)構(gòu)與形狀平滑電驅(qū)型空芯電驅(qū)型有槽電驅(qū)型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大慣量（直流力矩伺服器）中慣量小慣量3.3電氣伺服系統(tǒng)

5（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性3.3.1、直流伺服系統(tǒng)圖3-3.2電驅(qū)控制直流伺服電動(dòng)機(jī)原理圖

3.3電氣伺服系統(tǒng)

6（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性3.3.1、直流伺服系統(tǒng)

2）轉(zhuǎn)子切割磁力線時(shí)，電樞反電動(dòng)勢(shì)Ea與轉(zhuǎn)速n之間關(guān)系為Ea=KeΦn

式中，Ke是電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，僅與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)；Φ是定子磁場(chǎng)中每極的氣隙磁通量,n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。3.3電氣伺服系統(tǒng)

7（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性3.3.1、直流伺服系統(tǒng)

3.3電氣伺服系統(tǒng)

8（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與調(diào)節(jié)特性3.3.1、直流伺服系統(tǒng)根據(jù)穩(wěn)態(tài)方程，可得出直流伺服電動(dòng)機(jī)的兩種特殊運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)M=0，即空載時(shí)，有

當(dāng)n=0，即啟動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)，有

3.3電氣伺服系統(tǒng)

9（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與調(diào)節(jié)特性3.3.1、直流伺服系統(tǒng)

3.3電氣伺服系統(tǒng)

10（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與調(diào)節(jié)特性3.3.1、直流伺服系統(tǒng)可見，給定不同的Ua值和M值，可分別繪出直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線和調(diào)節(jié)特性曲線如圖3-3.3所示。圖3-3.3直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（左）和調(diào)節(jié)特性（右）3.3電氣伺服系統(tǒng)

11（3）直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與調(diào)節(jié)特性3.3.1、直流伺服系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一組斜率相同的直線簇。每條機(jī)械特性和一種電樞電壓相對(duì)應(yīng)，與n軸的交點(diǎn)是該電樞電壓下的理想空載角速度，與M軸的交點(diǎn)則是該電樞電壓下的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。機(jī)械特性的斜率為負(fù)，說明在電樞電壓不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加而降低。直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性也是一組斜率相同的直線簇。每條調(diào)節(jié)特性和一種電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)，與Ua軸的交點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)的電樞電壓。調(diào)節(jié)特性的斜率為正，說明在一定的負(fù)載下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨電樞電壓的增加而增加。3.3電氣伺服系統(tǒng)

12（4）直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)3.3.1、直流伺服系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向調(diào)節(jié)通過控制電驅(qū)直流電壓的大小和方向?qū)崿F(xiàn)，目前常用的驅(qū)動(dòng)控制有晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)和晶體管脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation,PWM）。晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)在低整流電壓時(shí)其輸出是很小的尖峰電壓的平均值，會(huì)造成電流的不連續(xù)性。脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開關(guān)頻率高，伺服機(jī)構(gòu)能夠響應(yīng)的頻帶范圍也寬，與晶閘管相比，其輸出電流脈動(dòng)非常小，接近于純真流。因此一般采取脈寬調(diào)制進(jìn)行直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)。3.3電氣伺服系統(tǒng)

13（4）直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)3.3.1、直流伺服系統(tǒng)脈寬調(diào)制原理：利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，加在直流電動(dòng)機(jī)的電樞上，通過對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。PWM信號(hào)需要連接功率放大器才能夠驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)。單極性驅(qū)動(dòng)方式：通過占空比的改變控制電動(dòng)機(jī)兩端的平均電壓雙極性驅(qū)動(dòng)方式：采取四個(gè)功率開關(guān)構(gòu)成H橋電路，通過開關(guān)之間的配合作用可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)和反向。3.3電氣伺服系統(tǒng)

14（1）交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理3.3.2、交流伺服系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)和工作原理分為同步交流伺服電動(dòng)機(jī)（SM）和異步交流伺服電動(dòng)機(jī)（IM）。1）同步交流伺服電動(dòng)機(jī)：三相交流電流通過定子繞組時(shí)，在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度一致，轉(zhuǎn)速可表示為：

3.3電氣伺服系統(tǒng)

15（1）交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理3.3.2、交流伺服系統(tǒng)2）異步交流伺服電動(dòng)機(jī)：又稱為感應(yīng)式伺服電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相同方向旋轉(zhuǎn)，如圖3-3.4所示。轉(zhuǎn)速方程為：

圖3-3.4異步交流電動(dòng)機(jī)工作原理圖3.3電氣伺服系統(tǒng)

16（2）交流伺服電動(dòng)機(jī)的特性3.3.2、交流伺服系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在一定的電源電壓和轉(zhuǎn)子電阻之下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系n=f(M)或轉(zhuǎn)差率與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系s=f(M)，如圖3-3.5所示。圖3-3.5異步交流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.3電氣伺服系統(tǒng)

17（3）交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)3.3.2、交流伺服系統(tǒng)

3.3電氣伺服系統(tǒng)

18（3）交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)3.3.2、交流伺服系統(tǒng)為了使異步交流電動(dòng)機(jī)具有與直流電動(dòng)機(jī)一樣的控制特性，必須將定子電流分解磁場(chǎng)方向上的分量和與之正交方向的分量，磁場(chǎng)方向的分量相當(dāng)于勵(lì)磁電流，與之正交方向的分量相當(dāng)于轉(zhuǎn)矩電流，二者分別控制，使得三相異步電動(dòng)機(jī)得到于直流電動(dòng)機(jī)相似的控制特性?！ぷ冾l調(diào)速控制由異步交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知其調(diào)速方法有變頻調(diào)速、變級(jí)調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三種，其中變頻調(diào)速是一種理想的調(diào)速方式。實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的方法有很多種，可分為交-交變頻、交-直-交變頻、正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻等。3.3電氣伺服系統(tǒng)

19（1）步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類3.3.3、步進(jìn)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)形式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)式直線運(yùn)動(dòng)式平面運(yùn)動(dòng)式工作方式功率式伺服式勵(lì)磁相數(shù)兩相三相……工作原理可變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（VR）永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（PM）混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（HB）3.3電氣伺服系統(tǒng)

20（2）步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理3.3.3、步進(jìn)伺服系統(tǒng)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子上有6個(gè)齒，其上分別纏有A、B、C三相繞組，構(gòu)成三對(duì)磁極；轉(zhuǎn)子上則均勻分布著4個(gè)齒。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用直流電源供電。當(dāng)A、B、C三相繞組輪流通電時(shí)，通過電磁力的吸引，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一步一步地旋轉(zhuǎn)。圖3-3.6三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)示意圖3.3電氣伺服系統(tǒng)

21（2）步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理3.3.3、步進(jìn)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組每次通斷電使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱之為步距角。上述分析中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角為30°。對(duì)于一個(gè)真實(shí)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，為了減少每通電一次的轉(zhuǎn)角，在轉(zhuǎn)子和定子上開有很多定分的小齒。其中定子的三相繞組鐵心間有一定角度的齒差，當(dāng)A相定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)正時(shí)，B相和C相定子上的齒則處于錯(cuò)開狀態(tài)

3.3電氣伺服系統(tǒng)

22（3）步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性3.3.3、步進(jìn)伺服系統(tǒng)1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩-角特性圖3-3.7矩-角特性曲線

3.3電氣伺服系統(tǒng)

23（3）步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性3.3.3、步進(jìn)伺服系統(tǒng)2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與工作頻率特性圖3-3.8步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與工作頻率特性3.3電氣伺服系統(tǒng)

24（4）步進(jìn)伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制3.3.3、步進(jìn)伺服系統(tǒng)2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)由弱電到強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換和放大，即將邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)繞組所需要的具有一定功率的電流脈沖信號(hào)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由環(huán)形分配器（又稱脈沖分配器）和功率放大器組成。圖3-3.9步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3.4電液伺服系統(tǒng)25電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件。它能夠?qū)⑤斎氲奈⑿‰姎庑盘?hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓信號(hào)(流量與壓力)輸出，根據(jù)輸出液壓信號(hào)的不同，電液伺服閥可分為電液流量控制伺服閥和電液壓力控制伺服閥兩大類。在電液伺服系統(tǒng)中，電液伺服閥將系統(tǒng)的電氣部分與液壓部分連接起來，實(shí)現(xiàn)電、液信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大以及對(duì)液壓執(zhí)行元件的控制。電液伺服閥是電液同服系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的性能及正確使用，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度，也直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性和壽命。3.4.1、電液伺服閥3.4電液伺服系統(tǒng)263.4.1、電液伺服閥1電液伺服閥的組成電液伺服閥通常由力矩馬達(dá)（或力馬達(dá)）、液壓放大器、反饋機(jī)構(gòu)（或平衡機(jī)構(gòu)）三部分組成。力矩馬達(dá)的作用是把輸入的電氣控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為力矩（或力)，控制液壓放大器的運(yùn)動(dòng)。而液壓放大器的運(yùn)動(dòng)又去控制液壓油源流向液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量或壓力。力矩馬達(dá)的輸出力矩(或力)很小，在閥的流量比較大時(shí)，無法直接驅(qū)動(dòng)功率級(jí)閥運(yùn)動(dòng)，此時(shí)需要增加液壓前置級(jí)，將力矩馬達(dá)的輸出加以放大，再去控制功率級(jí)閥，這就構(gòu)成二級(jí)或三級(jí)電液伺服閥。3.4電液伺服系統(tǒng)273.4.1、電液伺服閥1電液伺服閥的組成第一級(jí)的結(jié)構(gòu)形式有單噴嘴擋板閥、雙噴嘴擋板閥、滑閥、射流管閥和射流元件等。功率級(jí)幾乎都采用滑閥。當(dāng)在二級(jí)或三級(jí)電液伺服閥中，通常采用反饋機(jī)構(gòu)將輸出級(jí)(功率級(jí))的閥芯位移、輸出流量或輸出壓力以位移、力或電信號(hào)的形式反饋到第一級(jí)或第級(jí)的輸入端，也有反饋到力矩馬達(dá)銜鐵組件或力矩馬達(dá)輸入端的，平衡機(jī)構(gòu)一般用于單級(jí)同服閥或二級(jí)彈簧對(duì)中式伺服閥。平衡機(jī)構(gòu)通常采用各種彈性元件，是一個(gè)力-位移轉(zhuǎn)換元件。3.4電液伺服系統(tǒng)283.4.1、電液伺服閥2電液伺服閥的分類電液伺服閥的結(jié)構(gòu)形式很多，可按不同的分類方法進(jìn)行分類：按液壓放大器的級(jí)數(shù)分類：?jiǎn)渭?jí)、兩級(jí)和三級(jí)伺服閥。按第一級(jí)閥的結(jié)構(gòu)形式分類：滑閥、單/雙噴嘴擋板閥和偏轉(zhuǎn)板射流閥等。按反饋形式分類：滑閥位置反饋、負(fù)載流量反饋和負(fù)載壓力反饋三種。按力矩馬達(dá)是否浸泡在油中分類：濕式和干式兩種。3.4電液伺服系統(tǒng)29電液伺服系統(tǒng)的分類方法很多，可按不同的角度分類：按輸出物理量分類：位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、力控制系統(tǒng)等。按控制元件類型分類：閥控系統(tǒng)、泵控系統(tǒng)。按輸出功率分類：大功率系統(tǒng)、小功率系統(tǒng)。按輸入和輸出關(guān)系分類：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等。按輸入信號(hào)的形式不同分類：模擬伺服系統(tǒng)和數(shù)字伺服系統(tǒng)。3.4.2、電液伺服系統(tǒng)的類型3.4電液伺服系統(tǒng)303.4.2、電液伺服系統(tǒng)的類型1模擬伺服系統(tǒng)如圖所示，在模擬伺服系統(tǒng)中，全部信號(hào)都是連續(xù)的模擬量。電信號(hào)可以是直流量或交流量，直流量和交流量的相互轉(zhuǎn)換可通過調(diào)制器或解調(diào)器完成。伺服放大器伺服閥液壓馬達(dá)模擬檢測(cè)器模擬輸入信號(hào)（電壓）模擬反饋信號(hào)（電壓）輸出特點(diǎn)：重復(fù)精度高，分辨能力較低（絕對(duì)精度低），精度很大程度上取決于檢測(cè)裝置的精度，分辨能力低于數(shù)字伺服系統(tǒng)，微小信號(hào)容易受到噪聲和零漂的影響。+-3.4電液伺服系統(tǒng)313.4.2、電液伺服系統(tǒng)的類型數(shù)字檢測(cè)器反饋脈沖液壓馬達(dá)指令脈沖脈沖加減回路（比較）數(shù)/模轉(zhuǎn)換器指令脈沖模擬偏差電壓伺服放大器伺服閥液壓馬達(dá)滾珠絲杠工作臺(tái)2數(shù)字伺服系統(tǒng)在數(shù)字伺服系統(tǒng)中，全部信號(hào)或部分信號(hào)式離散參量?？煞譃槿珨?shù)字伺服系統(tǒng)和數(shù)字-模擬伺服系統(tǒng)兩種。全數(shù)字伺服系統(tǒng)動(dòng)力元件采用數(shù)字閥或電液步進(jìn)馬達(dá)接受數(shù)字信號(hào)。如圖所示為數(shù)字-模擬伺服系統(tǒng)框圖，數(shù)模混合系統(tǒng)利用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字指令轉(zhuǎn)換成模擬量輸給控制元件，系統(tǒng)輸出通過數(shù)字?jǐn)?shù)字檢測(cè)器（即模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）變?yōu)榉答伱}沖信號(hào)。3.4電液伺服系統(tǒng)323.4.2、電液伺服系統(tǒng)的類型2數(shù)字伺服系統(tǒng)數(shù)字檢測(cè)裝置有很高的分辨能力，所以數(shù)字伺服系統(tǒng)可以得到很高的絕對(duì)精度。數(shù)字伺服系統(tǒng)的輸入信號(hào)是很強(qiáng)的脈沖電壓，受模擬量的噪聲和零漂的影響很小。對(duì)于絕對(duì)精度要求較高，而重復(fù)精度要求不高的場(chǎng)合,常采用數(shù)字伺服系統(tǒng)。此外，該系統(tǒng)還能運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行儲(chǔ)存、解算和控制，在大系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多環(huán)路、多參量的實(shí)時(shí)控制，因此有著廣闊的發(fā)展前景。然而，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面來看，簡(jiǎn)單的伺服系統(tǒng)仍以采用模擬型控制為宜。3.4電液伺服系統(tǒng)333.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)

電液伺服系統(tǒng)最基本和最常用的一種液壓伺服系統(tǒng)，在整個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的使用，如機(jī)床工作臺(tái)的位置控制，板帶軋機(jī)的厚板控制和帶材跑偏控制、飛機(jī)和船舶的舵機(jī)控制、雷達(dá)和火炮控制系統(tǒng)以及震動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)等。在其他物理量的控制系統(tǒng)里，如速度控制和力控制等系統(tǒng)中，也常有位置控制小回路作為大回路的一個(gè)環(huán)節(jié)。

電液伺服系統(tǒng)的動(dòng)力元件不外乎閥式控制和泵式控制兩種基本形式，但由于所采用的指令裝置、反饋測(cè)量裝置和相應(yīng)的放大、校正的電子部件不同，就構(gòu)成了不同系統(tǒng)。如果采用電位器作為指令接收裝置和反饋測(cè)量裝置，就可以構(gòu)成直流電液位置伺服系統(tǒng);當(dāng)采用自整角機(jī)或旋轉(zhuǎn)變壓器作為指令裝置和反饋測(cè)量裝置時(shí)，就可構(gòu)成交流電液位置間服系統(tǒng)。3.4電液伺服系統(tǒng)343.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)

下圖所示為一對(duì)自整角機(jī)作為角差測(cè)量裝置的電液位置伺服系統(tǒng)。自整角機(jī)是一種回轉(zhuǎn)式的電磁感應(yīng)元件，由轉(zhuǎn)子和定子組成。在定子上繞有星形連接的三相繞組，轉(zhuǎn)子上繞有單相繞組。3.4電液伺服系統(tǒng)353.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)

3.4電液伺服系統(tǒng)363.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)

自整角機(jī)輸出的交流誤差電壓信號(hào)經(jīng)相敏放大器前置放大和解調(diào)后，轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)。直流電壓信號(hào)的大小與交流電壓信號(hào)的幅值成正比，其極性與交流電壓信號(hào)的相位相適應(yīng)。相敏放大器的影響與液壓動(dòng)力元件相比可忽略，將其看成比例環(huán)節(jié)，其增益為

3.4電液伺服系統(tǒng)373.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)

伺服放大器和伺服閥力矩馬達(dá)線圈的傳遞函數(shù)與伺服放大器的形式有關(guān)。當(dāng)采用電流負(fù)反饋放大器時(shí)，由于力矩馬達(dá)線圈的轉(zhuǎn)折頻率很高，故可忽略何服放大器的動(dòng)態(tài)影響，將其看成比例環(huán)節(jié)，因此

3.4電液伺服系統(tǒng)383.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)電液伺服閥的傳遞函數(shù)采用什么形式，取決于動(dòng)力元件液壓固有頻率的大小。當(dāng)伺服閥的頻寬與液壓固有頻率相近時(shí)，伺服閥可近似地看成二階振蕩環(huán)節(jié)：當(dāng)伺服閥的頻寬大于液壓固有頻率（3-5倍）時(shí)，伺服閥可近似看做慣性環(huán)節(jié)：

3.4電液伺服系統(tǒng)393.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)

當(dāng)伺服閥的頻寬遠(yuǎn)大于液壓固有頻率（5-10倍）時(shí)，伺服閥可近似看成比例環(huán)節(jié)：

上式中，Ksv為伺服閥的流量增益;Gsv(s)為Ksv=1時(shí)的伺服閥的傳遞函數(shù);Q0為伺服閥的空載流量。

3.4電液伺服系統(tǒng)403.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)

從伺服閥閥芯位移到液壓馬達(dá)軸轉(zhuǎn)角之間是典型的閥控馬達(dá)。如果馬達(dá)沒有彈性負(fù)載，也不考慮機(jī)架剛度，閥控馬達(dá)液壓馬達(dá)的動(dòng)態(tài)方程可表示為

3.4電液伺服系統(tǒng)413.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)根據(jù)上述幾式：可以畫出位置控制系統(tǒng)的方框圖和其開環(huán)傳遞函數(shù)其中，KV=(KeKdKaKsv)/(iDm)為開環(huán)增益

3.4電液伺服系統(tǒng)423.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)

當(dāng)考慮電液伺服閥的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，上式所表達(dá)的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)是比較復(fù)雜的。為簡(jiǎn)化分析，并得到一個(gè)比較簡(jiǎn)單的穩(wěn)定判據(jù)，需要對(duì)該式進(jìn)行簡(jiǎn)化。一般地，電液伺服閥的響應(yīng)速度較快，與液壓動(dòng)力元件相比其動(dòng)態(tài)特性可忽略不計(jì)，因此可將它看成比例環(huán)節(jié)。系統(tǒng)的方框圖和開環(huán)傳遞函數(shù)可進(jìn)行如下簡(jiǎn)化：

3.4電液伺服系統(tǒng)433.4.3、電液位置伺服系統(tǒng)

此近似式除特殊情況外，一般都正確。液壓固有頻率通?？偸腔芈分凶畹偷?，他決定了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

所示的簡(jiǎn)化方框圖和簡(jiǎn)化的開環(huán)傳遞函數(shù)很有代表性，一般的液壓位置伺服系統(tǒng)往往都能簡(jiǎn)化成這種形式。3.4電液伺服系統(tǒng)443.4.4、電液速度伺服系統(tǒng)在實(shí)際工程中，經(jīng)常需要進(jìn)行速度控制，如原動(dòng)機(jī)調(diào)速、機(jī)床進(jìn)給裝置的速度控制、雷達(dá)天線/炮塔/轉(zhuǎn)臺(tái)中的速度控制等。在電液位置伺服系統(tǒng)中也經(jīng)常采用速度局部反饋回路來提高系統(tǒng)的剛度和減小伺服閥等參數(shù)變化的影響，提高系統(tǒng)的精度。

電液速度控制系統(tǒng)按控制方式可分為閥控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)和泵控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)。閥控馬達(dá)系統(tǒng)一般用于小功率系統(tǒng)，泵控馬達(dá)系統(tǒng)一般用于大功率系統(tǒng)。3.4電液伺服系統(tǒng)453.4.4、電液速度伺服系統(tǒng)1閥控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)如圖（a）所示為閥控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)的原理圖。伺服放大器伺服閥液壓馬達(dá)測(cè)速機(jī)速度信號(hào)（電壓）

+-（a）閥控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)原理圖3.4電液伺服系統(tǒng)463.4.4、電液速度伺服系統(tǒng)1閥控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)忽略伺服放大器和伺服閥的動(dòng)態(tài)影響，并假定負(fù)載為簡(jiǎn)單的慣性負(fù)載，系統(tǒng)的方框圖如圖（b）所示。

+-

（b）閥控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)方框圖

3.4電液伺服系統(tǒng)473.4.4、電液速度伺服系統(tǒng)

3.4電液伺服系統(tǒng)483.4.4、電液速度伺服系統(tǒng)2泵控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)（1）泵控開環(huán)速度控制系統(tǒng)如圖所示，變量泵的斜盤角由比例放大器、伺服閥、液壓缸和位置傳感器組成的位置回路控制。通過改變變量泵斜盤角來控制供給液壓馬達(dá)的流量，以此來調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。因?yàn)槭情_環(huán)控制，受負(fù)載和溫度變化的影響較大，所以控制精度差。泵控開環(huán)速度控制系統(tǒng)原理圖比例放大器伺服閥液壓缸位置傳感器速度信號(hào)（電壓）

+-變量泵液壓馬達(dá)負(fù)載