第一章 电液比例与伺服控制系统概述

电液伺服跑偏控制系统设计

电液伺服跑偏控制系统设计 前言随着20世纪自动化技术的巨大进步，自动控制理论得到不断地发展和完善。正是针对设计任务，通过设计方案的分析比较之后，选择电液控制系统来设计此次任务。首先介绍了液压控制的一些基本概念，对研究对象和任务作出了整体的介绍，并简述了液压控制技术的发展史。然后在明确设计要求的情况下，对设计任务进行分析。通过机液伺服跑偏控制系统和电液伺服跑偏控制系统的分析对比，最终选择了电液伺服跑偏控制系统的设计方案，从而进入本课题研究要点。接着对电液伺服跑偏控制系统做了具体的设计，先是对电液伺服机构进行了分析，得出了电液伺服系统的数学模型，进而分析了其特点。接着又对系统做了静、动态计算及分析，确定了供油压力，选取了伺服阀，并求取了各元件的传递

函数，绘制了系统方块图，得出系统的各个参数。然后还要对系统进行校正，得到更为优良的设计参数，使系统更加完善，以进一步提高系统的性能。最后利用了先进电脑仿真技术MATLAB 对所做的系统进行仿真，通过改变系统的各个参数进行分析、比较，从而可看出系统的各个参数对系统的响应速度和稳定性的影响，本论文在王慧老师的悉心教导之下，通过研读各著作期刊，经过多次的修改。于作者水平有限，论文中难免出现点差错，恳请读者指正。 1 1 绪论液压伺服控制系统是以液压动力元件作驱动装置所组成的反馈控制系统。在这种系统中，输出量能够自动地、快速而准确地复现输入量的变化规律。与此同时，还对输入信号进行功率放大，因此也是一个功率放大装置。液压伺服控制系统是以液体压力能为动力的机械量自动控制系统。按系统中实现信号传输和控制方式不同分为机液伺服系统和电液伺服系

伺服控制系统(设计)

第一章伺服系统概述 伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化，因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。 近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。 目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。 1.1伺服系统的基本概念 1.1.1伺服系统的定义 “伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。 伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。

1.1.2伺服系统的组成 伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。 1.1.3伺服系统性能的基本要求 1）精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。 2）稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 3）快速响应。响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。 4）调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。 5）低速大转矩。在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。 6）能够频繁的启动、制动以及正反转切换。 1.1.4 伺服系统的种类 伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式和气动式三种；按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统，模拟伺服和功率伺服系统，位置

电液比例与伺服控制期末考试大题

1、已知Ps=5MPa，负载力F=1000N，移动速度为v=s，活塞直径D=70mm，活塞杆直径d=50mm，流量系数Cd=，采用零开口滑阀，矩形全周开口，阀芯台肩直径dv=2mm，阀芯最大位移Xvm=1mm，油液密度为883kg/m3，试确定此阀控对称缸系统能否正常工作？ 2、控制双出杆油缸的零开口四通滑阀，全周开口，阀芯直径d=12mm，供油压力Ps=4Mpa，动力粘度μ=×2-,径向间隙r=5×106-m，流量系数Cd=，油液密度ρ=900kg/m3。（1）计算阀的三个零位阀系数（其中压力增益K0p和压力流量系 数K0c按经验公式计算）；（2）如果负载压力P L=，负载流量Q L=16L/min，计算三个阀系数。 3、阀控液压缸系统，液压缸面积Ap=150×104-m2，活塞行程L=，阀至液压缸的连接管道长度l=2m，管道截面积a=×104-m2，负载质量mt=2000kg，阀的流量—压力系数K c=×1012-m3/。试求液压固有频率ωh和液压阻尼比ζh。计算时取βe=700MPa，ρ=870kg/m3。 4、有一阀控液压马达系统，已知：液压马达的排量D m =6×106-m3/rad，马达容 积效率为95%，额定流量为q n =×104-m3/s，额定压力为p n =140×105Pa，高 低压腔总容积Vt=3×104-m3。拖动纯惯性负载，负载转动惯量J t =2，阀的流量增益Kq=4m2/s，流量―压力系数Kc=×1016-m3/，液压等效容积弹性模量βe=7×108Pa。试求出以阀芯位移为输入，液压马达转角为输出的传递函数。 5、有一四边阀控制的双作用缸，直接拖动负载做简谐运动。已知：供油压力 Ps=210×105Pa，负载质量m t =400Kg，负载位移规律为Xp=Xmsinωt，负载移动的最大振幅Xm=6×102-m，角频率ω=35rad/s，试根据最佳负载匹配求液压缸面积和四边阀的最大开口面积WXvm。计算时，取Cd=，ρ=870Kg/m3。6、阀控对称缸液压位置控制系统，运动部件最大质量m=35000Kg，行程H=，

伺服控制系统应用课程

伺服控制系统应用 一、培训时间：4天、老师边讲、学员边练习，每个学员自 带电脑 二、课程大纲 1 伺服电动机的结构和工作原理 2 伺服驱动器的结构和工作原理 3 伺服驱动器主电路的接线 4 伺服驱动器位置控制模式的接线 5 伺服驱动器速度控制模式的接线 6 伺服驱动器转矩控制模式的接线 7 伺服放大器控制端子内部原理图 8 伺服放大器各端子的功能 【主办单位】中国电子标准协会 【咨询热线】0 7 5 5 – 2 6 5 0 6 7 5 7 1 3 7 9 8 4 7 2 9 3 6 李生 【报名邮箱】martin#https://www.360docs.net/doc/cf2315259.html, （请将#换成@） 9 伺服放大器和外围设备接线举例 10 伺服放大器基本参数的设置 11 利用PLC对伺服电机进行7段速的控制（应用案例举例） 12 伺服电机在速度控制模式下对工作台进行往返的控制（应用案例举例） 13 伺服电机转矩控制模式举例（应用案例举例） 14 伺服电机位置和速度复合模式的控制（应用案例举例） 三、老师介绍 程老师 男，高级技师。有着多年的职业教育经验，主要研究是自动控制技术，擅长三菱、西门子系列PLC、变频器、伺服等应用。2009年广州市人社局授予“广州市技术能手”称号。2011年公派德国学习交流，学习德国先进职教理念。2013年广州市人设局授予“广州市机电一体化专业带头人”。2014年7月，被广州市人设局派往清华大学进修学习。 本人在工控应用领域，教学成果显著，从2008年开始开发系列的视频教程，这些教程由浅到深，通俗易懂，因此在现在工控应用领域有一定的影响力，讲解的视频教程有三菱FX系列，三菱Q系列，西门子200系列，西门子300/400系列共20多个教程。

电液位置伺服控制系统设计方法

电液位置伺服控制系统设计方法 电液位置伺服系统是最基本和最常用的一种液压伺服系统，如机床工作台的位置、板带轧机的板厚、带材跑偏控制、飞机和船舶的舵机控制、雷达和火炮控制系统以及振动试验台等。在其它物理量的控制系统中，如速度控制和力控制等系统中，也常有位置控制小回路作为大回路中的一个环节 电液位置伺服系统主要是用于解决位置跟随的控制问题，其根本任务就是通过执行机构实现被控量对给定量的及时和准确跟踪，并要具有足够的控制精度。电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。它由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂。因此，电液伺服控制系统的设计及仿真受到越来越多的重视。 液压伺服系统的基本设计步骤 ○1分析整理所需的设计参数，明确设计要求；○2拟定控制方案，构成控制系统原理图；○3确定动力元件参数（如供油压力、执行元件规格、伺服阀容量）和其他组成元件；○4分析计算系统的静、动态特性，确定回路放大系数和设计校正措施等。○5根据技术要求设计出系统以后，需要检查所设计的系统是否满足全部性能指标，如不满足，可通过调整参数或改变系统结构（即校正）等方法重复设计过程，直至满足要求为止。因为设计是试探性的，所以设计方法具有很大的灵活性，在设计中结合MATLAB的SIMULINK软件进行仿真，对系统的参数进行调整和可靠性作进一步验证，最终可以得出比较可靠的电液伺服系统。 (一)组成控制系统原理图 由于系统的控制功率比较小、工作台行程比较大，所以采用阀控液压马达系统。系统方块原理如图1

（二）由静态计算确定动力元件参数，选择位移传感器和伺服放大器 1．绘制负载轨迹图 负载力由切削力c F ，摩擦力f F 和惯性力a F 三部分组成。摩擦力具有“下降”特性，为了简化，可认为与速度无关，是定值，取最大值f F = 1500N 惯性力按最大加速度考虑 a max F 800t m a N == 假定系统是在最恶劣的负载条件下工作(即所有负载力都在存在，且速度最大)下工作，则总负载力为 max f F F F F =l c a =++400+1500+800=2700N 2.选取供油压力 5s P 6310Pa =? 3.求取液压马达排量 设齿轮减速比'm i=/2m θθ=，丝杠导程2 1.210/t m r -=?，则所需液压马达力矩为 2 2700 1.210 2.58222 L L F t T N m i ππ-??===?? 取L s 2P =P 3，则液压马达弧度排量为-63L 5s 3T 3 2.58D ==0.610m /2P 26310 m rad ?=??? 液压马达每转排量为-63-632D 20.610m / 3.710m /m m Q r r ππ==??=? 计算出的液压马达排量需标准化。按选取的标准化值再计算负载压力L P 值。本例液压马达排量计算符合标准化。 4.确定伺服阀规格 液压马达的最大转速为2max max 2 2810800/min 13.3/1.210iv n r r s t --??====? 所以负载流量为-6-6max q 3.71013.3/49.2110l m Q n r s ==??=? 此时伺服阀的压降为 55L s Lmax s -6T 2.58P P P 631020.010D 0.610 v m P Pa Pa =-=-=?-=?? 考虑到泄漏等影响，将q l 增大15%，取q l = 3.4L/min 。根据q l 和v P ，查得额定流量为

电液比例阀工作原理

电液比例阀是阀内比例电磁铁输入电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例压力、流量输出元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电形式进行反馈。电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，应用领域日益拓宽。近年研发生产插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械使用特点，具有先导控制、负载传感和压力补偿等功能。它出现对移动式液压机械整体技术水平提升具有重要意义。特别是电控先导操作、无线遥控和有线遥控操作等方面展现了其良好应用前景。 2 工程机械电液比例阀种类和形式 电液比例阀包括比例流量阀、比例压力阀、比例换向阀。工程机械液压操作特点，以结构形式划分电液比例阀主要有两类：一类是螺旋插装式比例阀（screwin cartridge proportional valve），另一类是滑阀式比例阀（spool proportional valve）。 螺旋插装式比例阀是螺纹将电磁比例插装件固定油路集成块上元件，螺旋插装阀具有应用灵活、节省管路和成本低廉等特点，近年来工程机械上应用越来越广泛。常用螺旋插装式比例阀有二通、三通、四通和多通等形式，二通式比例阀主比例节流阀，它常它元件一起构成复合阀，对流量、压力进行控制；三通式比例阀主比例减压阀，也是移动式机械液压系统中应用较多比例阀，它主对液动操作多路阀先导油路进行操作。利用三通式比例减压阀可以代替传统手动减压式先导阀，它比手动先导阀具有更多灵活性和更高控制精度。可以制成如图1所示比例伺服控制手动多路阀，不同输入信号，减压阀使输出活塞具有不同压力或流量进而实现对多路阀阀芯位移进行比例控制。四通或多通螺旋插装式比例阀可以对工作装置实现单独控制。 滑阀式比例阀又称分配阀，是移动式机械液压系统最基本元件之一，是能实现方向与流量调节复合阀。电液滑阀式比例多路阀是比较理想电液转换控制元件，它保留了手动多路阀基本功能，还增加了位置电反馈比例伺服操作和负载传感等先进控制手段。它是工程机械分配阀更新换代产品。 出于制造成本考虑和工程机械控制精度要求不高特点，一般比例多路阀内不配置位移感应传感器，具有电子检测和纠错功能。，阀芯位移量容易受负载变化引起压力波动影响，操作过程中要靠视觉观察来保证作业完成。电控、遥控操作时更应注意外界干涉影响。近来，电子技术发展，人们越来越多采用内装差动变压器（ＬＤＶＴ）等位移传感器构成阀芯位置移动检测，实现阀芯位移闭环控制。这种由电磁比例阀、位置反馈传感器、驱动放大器和其它电子电路组成高度集成比例阀，具有一定校正功能，可以有效克服一般比例阀缺点，使控制精度到较大提高。 3 电液比例多路阀负载传感与压力补偿技术 节约能量、降低油温和提高控制精度，同时也使同步动作几个执行元件运动时互不干扰，现较先进工程机械都采用了负载传感与压力补偿技术。负载传感与压力补偿是一个很相似概念，都是利用负载变化引起压力变化去调节泵或阀压力与流量以适应系统工作需求。负载传感对定量泵系统来讲是将负载压力负载感应油路引至远程调压溢流阀上，当负载较小时，溢流阀调定压力也较小；负载较大，调定压力也较大，但也始终存一定溢流损失。变量泵系统是将负载传感油路引入到泵变量机构，使泵输出压力随负载压力升高而升高（始终为较小固定压差），使泵输出流量与系统实际需要流量相等，无溢流损失，实现了节能。

国内外主要电液比例插装阀产品现状分析

中国地质大学研究生课程论文 课程名称电液伺服控制技术教师姓名 研究生姓名 研究生学号 研究生专业机械工程 所在院系机械与电子信息学院类别: 硕士 日期:

评语 注：1、无评阅人签名成绩无效； 2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效； 3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。

国内外主要电液比例插装阀产品现状分析 摘要：电液比例插装阀是电液比例技术、插装阀技术、传感技术、测试技术、微电子技术、精密加工技术等高度融合的高科技产品。本文主要对电液比例插装阀的工作原理和分类进行了概述，并对国内外相关公司及产品进行介绍、对比分析，最后对对电液比例控制技术的未来的发展趋势进行了分析和展望。 关键词：电液比例插装阀；分类；产品现状；电液比例控制技术；发展趋势 Major domestic and foreign electro-hydraulic proportional valves Cartridge Situation Analysis Abstract:Electro-hydraulic proportional cartridge valves are electro-hydraulic proportional technology, cartridge valve technology, sensor technology, test technology, microelectronics, precision machining technology, high degree of integration of high-tech products.This article mainly discusses the working principle of electrohydraulic proportional cartridge valve and classification were summarized,and the related companies and products both at home and abroad is introduced, and comparison analysis. Keyword: Electro-hydraulic proportional cartridge valves; classify; products present situation;electricity liquid proportion controlling technology; development tendency. 1 概述 电液比例插装阀是电液比例技术、插装阀技术、传感技术、测试技术、微电子技术、精密加工技术等高度融合的高科技产品，能方便地和微机控制系统相结合，连续、成比例地调节受控腔的压力、速度、流量等，有效地改善系统稳态控制精度和动态品质。比例控制和插装技术相结合符合模块化、集成化和可配阻等液压发展趋势。电液比例插装阀属于电液比例阀中的一大类，其阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。它是以传统的工业用液压控制阀为基础，采用电──机械转换装置，将电信号转换为位移信号，按输人电信号指令连续、成比例地控制液压系统的压力、流量或方向等参数。[1] 插装式比例阀就是根据机电装备发展需要而研发的新型液压元件，它将电的快速性、灵活性等优点与液压传动力量大的优点结合起来，因此其具备响应快、密封性好、小型化、耐高压和使用寿命长等优点，并减少了元件的使用量，并能防止压力或速度变换时的冲击现象。 比例阀与伺服控制系统中的伺服阀相比，在某些方而还有一定的性能差距，但它显著的优点是抗污染能力强，大大地减少了因污染所造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性。另一方面比例阀的成本比伺服阀低，结构也简单，己在许多场合获得广泛应用。比例阀相对伺服阀和开关阀的主要性能比较如表1所示。[2] 表1 三种阀类主要性能比较

毕业设计152辽宁工程技术大学电液伺服跑偏控制系统设计

前言 随着20世纪自动化技术的巨大进步，自动控制理论得到不断地发展和完善。本文正是针对设计任务，通过设计方案的分析比较之后，选择电液控制系统来设计此次任务。 本文首先介绍了液压控制的一些基本概念，对研究对象和任务作出了整体的介绍，并简述了液压控制技术的发展史。然后在明确设计要求的情况下，对设计任务进行分析。通过机液伺服跑偏控制系统和电液伺服跑偏控制系统的分析对比，最终选择了电液伺服跑偏控制系统的设计方案，从而进入本课题研究要点。 接着本文对电液伺服跑偏控制系统做了具体的设计，先是对电液伺服机构进行了分析，得出了电液伺服系统的数学模型，进而分析了其特点。接着又对系统做了静、动态计算及分析，确定了供油压力，选取了伺服阀，并求取了各元件的传递函数，绘制了系统方块图，得出系统的各个参数。 然后还要对系统进行校正，得到更为优良的设计参数，使系统更加完善，以进一步提高系统的性能。最后利用了先进电脑仿真技术MATLAB对所做的系统进行仿真，通过改变系统的各个参数进行分析、比较，从而可看出系统的各个参数对系统的响应速度和稳定性的影响。 本论文在王慧老师的悉心教导之下，通过研读各著作期刊，经过多次的修改。由于作者水平有限，论文中难免出现点差错，恳请读者指正。

1 绪论 液压伺服控制系统是以液压动力元件作驱动装置所组成的反馈控制系统。在这种系统中，输出量（位移、速度、力等）能够自动地、快速而准确地复现输入量的变化规律。与此同时，还对输入信号进行功率放大，因此也是一个功率放大装置。 液压伺服控制系统是以液体压力能为动力的机械量（位移、速度和力）自动控制系统。按系统中实现信号传输和控制方式不同分为机液伺服系统和电液伺服系统两种。 机液伺服系统的典型实例是飞机、汽车和工程机械主离合器操纵装置上常用的液压助力器，机床上液压仿形刀架和汽车与工程机械上的液压动力转向机构等。 电液伺服控制系统是以液压为动力，采用电气方式实现信号传输和控制的机械量自动控制系统。按系统被控机械量的不同，它又可以分为电液位置伺服系统、电液速度伺服控制系统和电液力控制系统三种。电液位置伺服控制系统适合于负载惯性大的高速、大功率对象的控制，它已在飞行器的姿态控制、飞机发动机的转速控制、雷达天线的方位控制、机器人关节控制、带材跑偏、张力控制、材料试验机和加载装置等中得到应用。 1.1 液压伺服控制系统的组成 液压伺服控制系统不管多么复杂，都是由以下一些基本元件组成的，如图1-1所示： 图1-1 电液伺服控制系统 Fig.1-1 electro-hydraulic servo system 1）输入元件——也称指令元件，它给出输入信号（指令信号）加于系统的输入端。该元件可以是机械的、电气的、气动的等。如靠模、指令电位器或计算机等。 2）反馈测量元件——测量系统的输出并转换为反馈信号。这类元件也是多种形式的。各种传感器常作为反馈测量元件。如测速机、阀套，以及其它类型传感器。 3）比较元件——相当于偏差检测器，它的输出等于系统输入和反馈信号之差，如加法器、阀芯与阀套组件等。 4）液压放大与转换元件——接受偏差信号，通过放大、转换与运算（电液、机液、

S形曲线在伺服控制系统中的应用分析

S形曲线在伺服控制系统中的应用分析 发表时间：2007-12-6郝为强来源：《伺服控制》网络版 关键字：伺服系统机械共振S形曲线Simulink 信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享 工业控制领域常用的位置或速度控制曲线包括梯形曲线、S形曲线等。本文对伺服控制系统仿真模型，并对该模型进行了仿真分析。仿真结果表明，S形速度控制曲线较之梯形曲线能够带来更小的负载速度超调与调整时间。 伺服系统具有优异的控制带宽，快速的响应速度和定位精度，已被越来越广泛地应用到 机械控制系统中。机械系统中常用的传动方式有带传动、链传动、齿轮传动等等。带传动结 构简单、适宜远距离传输，而齿轮传动准确度高，适宜对传动精度要求较高的场合。虽然上 述传动方式各具优点，但传动刚性相差较大，比如带传动的刚性较弱，属于柔性件传动；而 齿轮传动的刚性较强。传动部分的刚性与伺服控制系统的闭环共振频率点密切相关。如果机 械传动部分的刚性较弱，如带传动，则伺服控制系统在通过增益调节而改善闭环控制带宽的 过程中很容易出现共振频率点，从而导致伺服控制系统的位置或速度跟踪出现波动，甚至出 现振荡，同时机械噪音显著增加，严重恶化了伺服控制系统的性能。 为了有效地抑制共振频率点，从而改善伺服控制系统性能，设计低通滤波器或陷波器是 伺服控制领域经常使用的方法。低通滤波器主要用来抑制高频共振，但会降低了伺服控制系 统的带宽；陷波器即为带阻滤波器，主要针对共振频率点进行抑制，由于伺服控制系统共振 频率点可能有多个，且很难准确测定，因此陷波器实际的抑制效果往往不是很理想。同时无 论是低通滤波器还是带通滤波器都存在不同程度的相位延迟，使用不当可能使得伺服控制系 统出现更大的过冲或振荡，因此使用时需要反复进行对比试验，较为复杂。 工业控制领域常用的位置或速度控制曲线包括梯形曲线、S形曲线等，见图1。 图1(a)梯形位置或速度控制曲线图

电液伺服控制系统的设计

。 电液伺服控制系统的设计与仿真 引言 电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、控制精确性高等突出优点，因而在航空航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到广泛应用。随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入了电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。因此，利用AMESim、Matlab／Simulink等仿真软件对电液伺服控制系统进行动态仿真，对于改进系统的设计以及提高液压系统的可靠性都具有重要意义。 1 液压系统动态特性研究概述 随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，系统柔性化与各种性能要求更高，采用传统的以完成执行机构预定动作循环和限于系统静态性能的系统设计远远不能满足要求。因此，现代液压系统设计研究人员对系统动态特性进行研究，了解和掌握液压系统动态工作特性与参数变化，以提高系统的响应特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。 液压系统动态特性简述 … 液压系统动态特性是其在失去原来平衡状态到达新的平衡状态过程中所表现出来的特性，原因主要是由传动与控制系统的过程变化以及外界干扰引起的。在此过程中，系统各参变量随时间变化性能的好坏，决定系统动态特性的优劣。系统动态特性主要表现为稳定性（系统中压力瞬间峰值与波动情况）以及过渡过程品质（执行、控制机构的响应品质和响应速度）问题。 液压系统动态特性的研究方法主要有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。数字仿真法是利用计算机技术研究液压系统动态特性的一种方法。先是建立液压系统动态过程的数字模型——状态方程，然后在计算机上求出系统中主要变量在动态过程的时域解。该方法适用于线性与非线性系统，可以模拟出输入函数作用下系统各参变量的变化情况，从而获得对系统动态过程直接、全面的了解，使研究人员在设计阶段就可预测液压系统动态性能，以便及时对设计结果进行验证与改进，保证系统的工作性能和可靠性，具有精确、适应性强、周期短以及费用低等优点。 仿真环境简介 基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中著名的仿真集成环境，它在众多领域得到广泛应用。Simulink借助Matlab的计算功能，可方便地建立各种模型、改变仿真参数，有效解决了仿真技术中的问题。Simulink提供了交互的仿真环境，既可通过下拉菜单进行仿真，也可通过命令进行仿真。虽然Simulink提供了丰富的模块库，但是在Matlab／Simulink下对液压系统进行建模及仿真需要做很多简化工作，而模型的简化使得仿真结果往往出现一定的误差。AMESim (Advanced Modeling Environment for Simulation of Engineering Systems)是法国IMAGINE公司开发的一套高级仿真软件。它是一个图形化的开发环境，用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析。AMESim的特点是面向工程应用从而使其成为

电液伺服控制系统的应用研究

电液伺服控制系统的应用研究 【摘要】电液伺服控制是液压技术领域的重要分支。多年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率—重量比和大功率液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。特别是控制理论在液压系统中的应用、计算及电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在元件和系统方面、理论与应用方面都日趋完善和成熟，并形成一门学科。目前液压技术已经在许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门及飞机、船舶部门等。我国于50年代开始液压伺服元件和系统的研究工作，现已生产几种系列电液伺服产品，电液伺服控制系统的研究工作也取得很大进展。 【关键词】电液伺服控制应用 1、电液控制系统的特点、构成及分类 电液控制系统是一门比较年轻的技术，它的发展和普遍应用还不到50年，然而，凭借它的优点却形成了流体传动与控制的一个重要分支，并成为现代控制工程的基本技术构成之一。 1.1电液控制系统的特点 1) 液压执行元件的功率--重量比和转矩--惯性矩比(或力--质量比)大，具有很大的功率传递密度，可以构成体积小、重量轻、响应速度快的大功率控制单元。 2) 液压系统的负载刚度大，精度高。由于液压杠、执行元件的泄漏很少，液体介质的体积弹性模量又很大，故具有较大的速度--负载刚性，即速度--力或转速--力矩曲线斜率的倒数很大，因此有可能用于开环系统。用于闭环系统时则表现为位置刚度大，其定位精度受负载变化的影响小。 3) 液压控制系统可以安全，可靠并迅速地实现频繁的带负载启动和制动，进行正反向直线或回转运动和动力控制，而且具有很大的调速范围。 电气或电子技术和液压传动及控制相结合的产物--电液控制系统兼备了电气和液压的双重优势，形成了具有竞争力和自身技术特点。 当然，在某些场合下，指令和反馈元件也可全部采用机械、气动或液压元件，此时，即称为机械--液压控制系统和气动--液压控制系统。 1.2 电液控制系统的构成 工程实际中系统的指令及放大单元多采用电子设备。电机械转换器往往是动圈式或动铁式电磁元件和伺服电机、步进电机等。液压转换及放大器件可以是各类开关式，伺服式和比例式器件实际上是一功率放大单元。液压执行元件通常是液压缸和液压马达，其输出参数只能是位移、速度、加速度和力或者转角、角速

电液比例技术复习题

液压课程复习 1. 比例阀、伺服比例阀、伺服阀的性能及应用特点；P2,P228 1. 比例阀：其主要缺陷，由于比例阀不可避免的存在死区，因此它不能很好的用于位置、 力控制闭环。但是能进行电控，能满足70%工业用户要求的动态响应特性，因此能得到 广泛的使用。因此，比例阀一般多用于开环控制，其控制较伺服阀要灵活，控制精度要 低，频响较低，最高才几十赫兹。 2伺服阀：伺服阀要求加工精度高，油液需要精过滤，因此价格比较昂贵，但是它的动 态性能是所有液压阀中最高的，其阀口多为零遮盖的，且无零位死区，控制精度较高， 频响较高。因此，伺服阀一般用于闭环系统，且工作在零位附近。 3伺服比例阀：伺服比例阀的性能介于伺服阀和比例阀之间，其最重要的特征之一是， 阀口为零遮盖，无零位死区，解决了位置、压力等要求无零位死区的闭环控制系统中的 应用。采用比例电磁铁作为电机械转换器，可用于各类闭环系统，频响较一般比例阀为高，可靠性比伺服阀高。 2. 比例放大器的颔振、零位（死区）跳跃、缓冲功能及作用；P50 ,P45,P44 1.颤振：颤振信号是指叠加在直流控制信号中的高频（50— 100HZ）小振幅交流信号， 用于减小摩擦力及磁滞所造成的滞环，并有利于消除卡涩现象。 2.零位（死区）跳跃：零位跳跃信号是由阶跃函数发生器发出的，该信号发出后经放大，可以给 比例电磁铁一个阶跃电流，使比例阀阀芯迅速越过零位死区，即削弱或排除比例阀阀芯正遮盖的影响，适应零区控制特性的要求。 死区补偿：输入电压大于+-0.1V时用补偿环节加大放大器输出（如1.3V）将（+-20% 总位移）正遮盖（零位死区）的影响减少到最低程度。 3.缓冲：缓冲信号以一个设定值阶跃作为输入信号，斜坡信号发生器产生一个缓慢上升或者下降 的输出信号，输出信号的变化速率可以通过电位器调节，以实现被控系统或运动速度等无冲击过渡，满足系统控制的缓冲要求。 将设定值的阶跃输入转化成精确可控的斜坡输出，使压力变化或者加减速过程平缓， 减少冲击。 3. 比例放大器PWM的功率放大原理； P53,原理简图+文字说明 4. 比例调速阀的组成及工作原理；P167 ,P178 比例调速阀由定压式减压阀和电液比例节流阀组成。 工作原理：由定差减压阀对节流阀口前后的压力变化进行补偿，使节流阀口压差近似保 持为定值，从而实现输入信号对流量的单调控制。 比例调速阀的工作原理与一般的调速阀相似，调速阀进口压力p1由溢流阀调整，基本上保持恒定。调速阀的出口压力由活塞上的负载决定。所以当负载增大时，作用在减压 阀芯左端的液压力增大，阀芯右移，减压口加大，压降减小，从而使节流阀的压差保持不变，反之亦然。这样就使通过调速阀的流量恒定不变，活塞运动的速度稳定，不受负载变化的影响。而比例电磁铁和放大器则可以调节流量，从而根据需要调节速度大小。 5. 先导液压桥路（液压半桥）分析；P111,P101 先导液压半桥多用于液压控制期间的先导控制油路，它是由液阻构成的无源网络，因此 需要外部压力源供油。就半桥本身构成而言，可归纳为以下几点：

伺服系统介绍.doc

一、相关概念 伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。 在机器人中，伺服驱动器控制电机的运转。驱动器采用速度环，位置环，电流环三环闭环电路，内部还设有错误检出和保护电路。驱动器通过通信连接器，控制连接器，编码连接器跟外部输入信号和输出信号相连。通信连接器主要用于跟电脑或控制器通信。控制连接器用于跟伺服控制器联接，驱动器所需的输入信号、输出信号、控制信号和一些方式选择信号都通过该控制连接器传输，它是驱动器最为关键的连接器。编码连接器跟电机编码器连接，用于接收编码器闭环反馈信号，即速度反馈和换向信号。 伺服电机主要用于驱动机器人的关节。关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所需要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服电机的要求非常高，必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽，要适应机器人的形体做到体积小、重量轻，还必须经受频繁的正反向和加减速运行等苛刻的条件，做到高可靠性和稳定性。伺服电机分为直流、交流和步进，工业机器人用的较多的是交流。 机器人用伺服电机

二、伺服系统的技术现状 2.1视觉伺服系统 随着机器人技术的迅猛发展,机器人承担的任务更加复杂多样,传统的检测手段往往面临着检测范围的局限性和检测手段的单一性.视觉伺服控制利用视觉信息作为反馈，对环境进行非接触式的测量,具有更大的信息量，提高了机器人系统的灵活性和精确性,在机器人控制中具有不可替代的作用。 视觉系统由图像获取和视觉处理两部分组成,图像的获取是利用相机模型将三维空间投影到二维图像空间的过程,而视觉处理则是利用获取的图像信息得到视觉反馈的过程。基本的相机模型主要包括针孔模型和球面投影模型,统一化模型是对球面模型的推广,将各种相机的图像映射到归一化的球面上。视觉伺服中的视觉反馈主要有基于位置、图像特征和多视图几何的方法。 其中,基于位置的方法将视觉系统动态隐含在了目标识别和定位中，从而简化了控制器的设计，但是一般需要已知目标物体的模型，且对图像噪声和相机标定误差较为敏感。基于图像特征的视觉反馈构造方法，其中基于特征点的方法在以往的视觉伺服中应用较为广泛，研究较为成熟，但是容易受到图像噪声和物体遮挡的影响，并且现有的特征提取方法在发生尺度和旋转变化时的重复性和精度都不是太好，在实际应用中存在较大的问题。因此，学者们提出了基于全局图像特征的视觉反馈方法，利用更多的图像信息对任务进行描述，从而增强视觉系统的鲁棒性，但是模型较为复杂，控制器的设计较为困难，且可能陷入局部极小点。目前针对这一类系统的控制器设计的研究还比较少,一般利用局部线性化模型进行控制,只能保证局部的稳定性。多视图几何描述了物体多幅图像之间的关系，间接反映了相机之间的几何关系。相比于基于图像特征的方法，多视图几何与笛卡尔空间的关系较为直接，简化了控制器的设计。常用的多视图几何包括单应性、对极几何以及三焦张量。 2.2伺服系统控制技术 现代的机器人伺服系统多采用交流伺服驱动系统，而且正在逐渐向数字化方向转变。数字控制技术已经五孔不入，如信号处理技术中的数字滤波、数字控制器，把功能更加强大的控制器芯片已经各种智能处理模块应用到工业机器人交流伺服系统中，可以实现更好的控制性能。 最近几十年，由于微电子技术的进步，各种方便用户开发的微控制器与数字信号处理器件大量涌现市场，为各种先进的智能控制算法在控制系统中的应用提供了可能。如今，各种新型的伺服控制策略大量涌现，大有与传统控制策略一较高低的趋势下面简单介绍几种： 1）矢量控制矢量控制技术的提出，为交流伺服驱动系统的快速进步提供了理论支持。矢量控制技术的主要原理为：以转子旋转磁场作为参考系，将电动机定子矢量电流经过两次坐标变换分解为直轴电流和交轴电流分量，且使两电流分量相互正交，同时对交直轴电流分量的

自动控制原理课程设计方案——旋压机电液伺服系统设计方案

第一章绪论 1.1题目概述 由原题目已知数据可画出系统方框图： 已知技术参数和设计要求： （1）σp≤25%; t s≤0.25s; （2）速度信号V=0.5m/min时，误差e(t)≤0.05mm; 1 .2旋压机电液伺服系统背景简介 旋压技术是先进制造技术的重要组成部分,是局部连续塑性成形工艺,属于回转成形范畴,主要用于形成薄壁空心回转体零件。该技术广泛应用于航空航天、火箭、导弹、兵器等军事工业和通用机械、汽车等民用工业中。旋压机的仿形系统对旋压加工产品的质量及加工精度的影响至关重要。大型立式强力旋压机采用的是电液仿形技术,其液压系统包含了旋轮座纵向和横向液压系统、辅助系统等主要系统。旋轮座横向电液伺服系统和纵向电液伺服系统组成了旋轮座仿形系统,该系统利用电液比例伺服阀控制液压油缸活塞杆的位移量,并通过按加工精度要求输入预定变化规律的控制信号来实现对位移量的精确控制,从而达到所要求的加工精度。采用电液比例伺服控制技术不仅改善了系统的控制性能,而且大大简化了液压系统,降低了费用,同时还提高了系统的可靠性。

旋压技术，也叫金属旋压成形技术，是通过旋转使工件受力点由点到线由线到面，同时在某个方向给予一定的压力使金属材料沿着这一方向变形和流动而成形为某一形状的技术。旋压成形过程是将金属板料或空心零件的毛坯固定在旋压机的芯模上，在毛坯随机床转动同时，用旋轮将毛坯逐点压下，使其形状或者壁厚发生局部连续塑性变形，从而制成所需的产品的成形过程。可以生产更接近最终形状(净性)的金属零件。这里，金属材料必须具有塑性变形或流动性能，旋压成形也不等同于塑性变形，它是集塑性变形和流动变形的复杂过程，特别需要指出的是，我们所说的旋压成形技术不是单一的强力旋压或普通旋压，它是两者的结合。强力旋压用于各种筒、锥体异形体的旋压成型壳体的加工技术，是一种比较老的成熟的方法和工艺，也叫滚压法。旋压是综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环压、横轧和滚压等工艺特点的少无切削加工的先进工艺。它通常被认为只能成形轴对称回转体零件，而近年来所开展的三维非轴对称零件旋压技术研究表明，旋压已突破其原有的理论范畴及加工范围。旋压件的基本形状大致可分为圆筒形、圆锥形、凹形、凸形、管形、阶梯形、缩口形等，还有由这些形状组成的复合形状。旋压加工具有设备简单、节省原材料、成本低廉和产品质量高等优点。陶瓷的制坯工艺可能为金属旋压提供工艺雏型。在我国早在三千五百年至四千年前的殷商时代，就会应用陶轮或陶车制作陶坯(例如罐、壶和盘等容器、器皿、装饰品)，后来又在十世纪初期发明金属旋压工艺，并且将有色金属薄板(如金、银、锡和铜等)制成空心件如:精美的银碗、银碟等器皿。一直到十三世纪，金属旋压技术才传播到英国，其后将近五百多年，在1840年左右，才由约旦传播到美国和欧洲各国。强力旋压技术是直到上个世纪五十年代才从普通旋压技术的基础上发展起来的。最早是在瑞典、德国被用于民间工业，到1953年美国的普拉特惠特尼公司和洛奇西普来机床厂合作才制成了三台旋压机床，初次成功将这种技术应用到航空工业中。由于旋压工艺的先进性、经济性和实用性，且该工艺具有变形力小，节约原材料等特点，近四十多年来，国外工业发达国家的金属旋压工艺技术有了飞跃的发展，日趋成熟。其主要标志为:金属旋压设备己经定型，工艺流程比较稳定，产品多种多样，应用日益广泛。目前世界上在强力旋压技术的发展和应用上，美国和德国居于领先水平，其工艺已经成熟，设备己系列化、性能最为先进。近几年西班牙又异军突起，其他国家在强力旋压的探讨和应用上正在

第十章电液伺服与比例控制简介习题

一、选择题 1. 电液位置伺服系统中采用滞后校正可以_____；采用速度校正可以________;采用加速度 校正可以________ A 、提高频宽 B 、提高稳定性 C 、提高阻尼比 二、简答题 1. 什么是机液伺服系统？机液伺服系统有什么优缺点? 2. 为什么机液伺服系统多用在精度和响应速度要求不高的场合？ 3. 为什么常把机液位置伺服系统称作力放大器或助力器? 4. 为什么在机液位置伺服系统中，阀流量增益的确定很重要? 5. 低阻尼对液压伺服系统的动态特性有什么影响?如何提高系统的阻尼，这些方法各有什 么优、缺点? 6. 考虑结构刚度的影响时，如何从物理意义上理解综合刚度? 7. 考虑连接刚度时，反馈连结点对系统的稳定性有什么影响? 8. 反馈刚度和反馈机构中的间隙对系统稳定性有什么影响? 9. 为什么机液位置伺服系统的稳定性、响应速度和控制精度由液压动力元件的特性所决 定？ 10. 电液伺服阀由哪几部分组成?各部分的作用是什么？ 11. 力矩马达为何要有极化磁场? 12. 永磁动铁式力矩马达的电磁力矩是如何产生的？为什么会出现负磁弹簧刚度？ 13. 为什么把t K 、m K 称为中位电磁力矩系数和中位磁弹簧刚度？ 14. 为什么动圈式力马达没有磁弹簧刚度?这种力马达有什么特点？ 15. 为什么喷嘴挡板式力反馈两级伺服阀在稳态时，挡板在中位附近工作？有什么好处？ 16. 如何提高力反馈伺服阀的频宽，提高频宽受什么限制？ 17. 为了减小力矩马达线圈电感的影响，应采取什么措施? 18. 在什么情况下电液伺服阀可看成振荡环节、惯性环节、比例环节？ 19. 为什么力反馈伺服阀流量控制的精确性需要靠功率滑阀的精度来保证? 20. 压力伺服阀与压力—流量伺服阀有什么区别? 21. 压力—流量伺服阀与动压反馈伺服阀有什么区别? 22. 考虑伺服阀的动态时，如何用频率法分析系统的动态特性？ 23. 有哪些因素影响系统的稳态误差?

电液伺服控制系统

6-1 怎样区分一个系统是位置、速度或力电-液伺服控制系统。 按系统被控制的物理量的性质来区分，如果是要实现位置控制，当然就是位置电液伺服系统。 6-2 试比较电-液伺服系统与机-液伺服系统的主要优缺点和性能特点。 机液伺服系统的指令给定、反馈和比较都是采用机械构件，优点是简单可靠，价格低廉，环境适应性好，缺点是偏差信号的校正及系统增益的调整不如电气方便，难以实现远距离操作，另外，反馈机构的摩擦和间隙都会对系统的性能产生不利影响。机液伺服系统一般用于响应速度和控制精度要求不是很高的场合，绝大多数是位置控制系统。 电液伺服系统的信号检测、校正和放大等都较为方便，易于实现远距离操作，易于和响应速度快、抗负载刚度大的液压动力元件实现整合，具有很大的灵活性和广泛的适应性。特别是电液伺服系统与计算机的结合，可以充分运用计算机快速运算和高效信息处理的能力，可实现一般模拟控制难以完成的复杂控制规律，因而功能更强，适应性更广。电液伺服系统是液压控制领域的主流系统。 6-3 为什么说电-液伺服系统一般都要加以校正。 当电液位置伺服控制系统的某些性能指标不甚满意时，简单的方法可通过增大系统的开环增益来提高响应速度和控制精度，但提高开环增益受系统稳定性条件的制约，也就是受液压固有频率和阻尼比的限制。全面改善系统的性能仅仅靠调整开环增益是远远不够的，通过对电液伺服系统进行针对性的校正，往往能够获得更高性能的电液伺服系统，并且不同的校正方法，会得到不同的改善效果。 6-4 怎样才能简化位置电-液伺服控制系统。 当电液伺服阀的频宽与液压固有频率相近时，电液伺服阀的传递函数可用二阶环节来表示；当电液伺服阀的频宽大于液压固有频率（3~5倍）时，电液伺服阀的传递函数可用一阶环节来表示。又因为电液伺服阀的响应速度较快，与液压动力元件相比，其动态特性可以忽略不计，而把它看成比例环节。一般的液压位置伺服系统往往都能够简化成以下的这种形式。 ()()V 2h h h 21K G s H s s s s ζωω=??++ ??? 6-5 怎样理解系统刚度高，误差小。 以负载误差为例，对于I 型系统稳态负载误差为()ce L L022v m K e T K i D ∞= ，负载误差()L e ∞的大小与负载干扰力矩L0T 成正比，而与系统的闭环静刚度22V m ce K i D K 成反比，所以当系统的刚 度高时误差较小。