第八章 液压伺服和电液比例控制技术
液压伺服与电液比例技术的转换(技师论文)
轮辋的闪光对焊在汽车车轮生产中是最重要的工序之一。
但是闪光对焊机的烧化过程难以控制，因为最佳烧化曲线并不是一个线性函数，它受现场诸多人为因素影响，为保证闪光稳定进行，必须使轮辋的送进速度v c 与闪光速度v f 相匹配，即v c =v f在闪光刚开始时，闪光进行非常慢，即v f 很低。
随着端面加热的进行，v f 逐渐增大。
如果热功率不变，为了维持连续闪光，应使焊件的送进速度v c 相应于v f 作不断提高，即动夹具应按一定规律作加速运动，实际生产中以动夹具送进位移曲线来实现。
目前生产中常用的闪光段的送进位移曲线，即闪光烧化曲线有S=K ×t n式中：K ，n —与闪光烧化曲线表达式和轮辋材料及截面尺寸有关的系数。
1、烧化系统中伺服及电液比例技术的区别闪光对焊机的工作原理是把工件两端部相对放置，夹紧后利用焊接电流加热，然后迅速加压完成焊接。
闪光烧化作为闪光对焊机的核心部分，对产品质量有着极其重要的作用。
常见的闪光对焊机的烧化控制方式主要有手动杠杆式、电动凸轮式、气液式和液压传动式，其中液压传动式目前仅见液压伺服控制式，但液压伺服控制式对系统及环境要求较高,对不同的材料适应性较差,因此故障率较高。
同时，由于伺服阀价格昂贵，订货周期长，出现故障后，很难恢复工作。
从液压系统来看，液压伺服控制系统也较复杂，不利于调整及维修。
而电液比例控制技术虽然不如液压伺服灵敏及精确，但其适应性较强，性能也可以满足要求我公司型钢车间轮辋线FOR-670对焊机，是上世纪80年代引进的液压伺服控制式的焊接设备，由于工作环境恶劣，材料厚度不均，再加上20多年的大班生产，故障率较高，液压伺服系统已老化，已经不能适应生产的需要。
现重新设计的系统其组成框图见图1。
图1 烧化系统组成框图(1)液压回路烧化系统液压原理图如图2，该系统的液压回路主要由叶片泵、减压阀、溢流阀、电液比例阀、换向阀等组成。
其中叶片泵采用高压小流量叶片泵，在满足烧化缸运行速度的前提下，能够提供较高压力；溢流阀用于保护系统，如果超载即卸压；减压阀调定后，无论其负载变化还是泵出口压力变化，而减压阀出口压力不变，为电液比例阀提供恒定的进口压力；换向阀则用于带有浮动活塞的油缸进排液压油。
液压伺服和电液比例控制技术
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• 零开口结构性能最好，应用最广，但完全 的零开口在工艺上是难以达到的，因此实 际的零开口允许小于±0.025mm 的微小 开口量偏差。
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• 4.伺服阀的性能与特点
• 如图，零开口四边滑阀。图示位置阀芯向右偏移，阀 口1和3开启，2和4关闭。
• 压力油源pp经阀口1通往液压缸，回油经阀口3回油箱。
• 当无电流信号输入
时，力矩马达无力
矩输出，与衔铁5
固定在一起的挡板
9处于中位，主滑
阀阀芯亦处于中
（零）位。
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• 液压泵输出的油液以 压力ps进入主滑阀阀 口，因阀芯两端台肩 将阀口关闭，油液不 能进入A,B口，但经 固定节流孔10和13分 别引到喷嘴8和7，经 喷射后，液流流回油 箱。
• 优点：伺服阀控制精度高， 响应速度快，特别是电液 伺服系统易实现计算机控 制。
• 在工业自动化设备、航空、 航天、冶金和军事装备中 得到广泛应用。
• 缺点：伺服阀加工工艺复
杂，对油液污染敏感，成
本高，维护保养困难。
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二、电液伺服系统的应用
• 电液伺服系统通过电气传动方式，将电气 信号输入系统，来操纵有关的液压控制元 件动作，控制液压执行元件使其跟随输入 信号动作。其电液两部分之间都采用电液 伺服阀作为转换元件。
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第三节 计算机机电控制技术
• 随着电子技术和计算机控制技术的日益发 展，液压技术也日益朝着智能化方向迈进， 计算机电液控制技术是计算机控制技术与 液压传动技术相结合的产物。
• 这种控制系统除常规的液压传动系统外， 通常还有数据采集装置、信号隔离和功率 放大电路、驱动电路、电—机械转换器、 主控制器（微型计算机或单片微机）及相 关的键盘及显示器等。
液压伺服和比例控制系统ppt
差） 经放大器放大后，加于电液伺服
阀转换为液压信号（图中A、b)，以推
动液压缸活塞，驱动控制对象向消除偏
差方向运动。当偏差为零时，停止驱动，
因而使控制对象的位置总是按指令电位
图 7-9 统
电液伺服系
器给定的规律变化。
1-电位器；2-电液伺服阀；3-
液 压缸；4-负载；5-反 馈；
6-指令电位器；7-放大器
液压伺服和比例控制系统
第一节 液压伺服控制 第二节 电压比例控制
液压伺服阀
液压伺服阀是液压伺服系统中最重要、最基本的组成部分，它 起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用。电液伺服阀是应用最广 泛的一种，它在接受电器信号模拟后，相应输出调制的流量和压力控 制信号，控制系统压力、流量、方向的变化。它既是电液转换元件， 也是功率放大元件，它能够将小功率的微弱电器输入信号转换为大功 率的液压能（流量和压力）输出。在电液伺服系统中，它将电气部分 和液压部分连接起来，实现电液信号的转换与液压放大。电液伺服阀 是电液伺服系统控制的核心。
量油增路加关，闭而，滑液阀压开缸x0口不量动逐，渐负减载少停。止当在x一0 增个加新到的
x0
位置
上
x时i ，则开口量为零，
，达到一个新的平
衡状态。
号继续如向果右继运续动给。控反制之滑,若阀给向控右制的滑输阀入输信入号一个x负i ，位液移压x缸i 就0会(向跟左随为这负个）信
液压伺服阀系统
反液之压缸,若就给会控跟制随滑这阀个输信入号一向个左负运位动移。xi 0 (向左为负）输入信号，则
液压伺服阀
3〕射流管式伺服阀
组成：如图7-3所示,采用衔铁式力矩马达8带动 射流管及其接收口2，两个接收口直接和滑陶阀 芯5两端面连接，控制滑阀阀芯运动。滑阀陶芯 5靠一个板簧定位,其位移与滑阀阅芯两端压力 差成比例。
液压伺服、比例控制
液压伺服系统工作原理1.1 液压伺服系统工作原理液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。
电液伺服系统通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。
液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。
液压伺服系统的工作原理可由图1来说明。
图1所示为一个对管道流量进行连续控制的电液伺服系统。
在大口径流体管道1中，阀板2的转角θ变化会产生节流作用而起到调节流量qT的作用。
阀板转动由液压缸带动齿轮、齿条来实现。
这个系统的输入量是电位器5的给定值x i。
对应给定值x i，有一定的电压输给放大器7，放大器将电压信号转换为电流信号加到伺服阀的电磁线圈上，使阀芯相应地产生一定的开口量x v。
阀开口x v使液压油进入液压缸上腔，推动液压缸向下移动。
液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱。
液压缸的向下移动，使齿轮、齿条带动阀板产生偏转。
同时，液压缸活塞杆也带动电位器6的触点下移x p。
当x p所对应的电压与x i 所对应的电压相等时，两电压之差为零。
这时，放大器的输出电流亦为零，伺服阀关闭，液压缸带动的阀板停在相应的qT位置。
图1 管道流量（或静压力）的电液伺服系统1—流体管道；2—阀板；3—齿轮、齿条；4—液压缸；5—给定电位器；6—流量传感电位器；7—放大器；8—电液伺服阀在控制系统中，将被控制对象的输出信号回输到系统的输入端，并与给定值进行比较而形成偏差信号以产生对被控对象的控制作用，这种控制形式称之为反馈控制。
反馈信号与给定信号符号相反，即总是形成差值，这种反馈称之为负反馈。
用负反馈产生的偏差信号进行调节，是反馈控制的基本特征。
而对图1所示的实例中，电位器6就是反馈装置，偏差信号就是给定信号电压与反馈信号电压在放大器输入端产生的△u。
电液比例控制及电液伺服控制技术 绪论
液压传动（ 开关型控制）
液压
液
压
控制12比液伺压例服控控制制（闭开闭环环环控控控制制制）
3数字控制伺步服进电电机机控控制制（（
开环控制） 闭环控制）
二、电液比例技术的概念
• 电液比例技术是将电信号按比例转换为液压功
率输出的电液转换技术。 • 电液比例技术是电液伺服的基础上降低了控制特
伺服阀
伺服比例阀(20世纪 90年代中期出现)
比例阀(20世纪80年代初出现)
早期比例阀(20世纪60年代后期出现)
压力控制阀
流量控制阀
方向控制阀
液压控制系统的分类：
1、电液比例控制系统、电液伺服控制系统和 电液数字控制系统。
2、位置、速度、加速度、力和压力控制系统 3、闭环控制系统和开环控制系统 4、阀控制系统（主要是节流控制）和泵控制
电液伺服阀
• 因此，主阀芯的位移量就能精确地随著电 流的大小和方向而变化，从而控制通向液 压执行元件的流量和压力。
Moog公司电液伺服阀
电液伺服阀的应用
• 注意：电液伺服阀不分压力控制阀、方向 控制阀和流量控制阀。
三、两者的发展概况
• 目前，国内生产伺服阀的厂家主要有：航空 工业总公司第六O九研究所、航空工业总公 司第六一八研究所、航空工业总公司秦峰机 床厂、北京机床研究所、中国运载火箭技术 研究院第十八研究所、上海航天控制工程研 究所及中国船舶重工集团公司第七O四研究 所。
比例阀的国内发展概况
• 自2009年以来已获得较好的推广应用，完 成的 6通径、10通径、16通径、25通径高 频响伺服比例阀（含控制器）产品已有600 余套应用于高速铁路建设中，实现销售收 入4000余万元。
液压伺服控制和电液比例控制
14 西华大学
电液比例控制系统
图示为电液比例压力阀用于钢带冷轧 卷取机的液压系统。 。该系统进行轧制 工作时，先给定以个张力值储存于电开 展器内，而在轧锟与卷筒之间安装一张 力检测计，将检测地实际张力值反馈与 给定张力值进行比较，当比较得到地偏 差值达到某一限定值时，电控制器输入 比例压力阀的电流变化一个相应值，使 控制压力p改变，于是液压马达的输出转 矩Ｔ及张力Ｆ作相应的改变，使偏差消 失或减小。 在轧机的实际工作中，随着钢带卷半径Ｒ的增大，实际张力Ｆ减小，出 现的偏差为负值。这时输入电流增加一个相应值，液压马达的进出压力p 增加一个相应值，从而使液压马达输出转矩Ｔ及张力Ｆ相应增加，力图 保持张力Ｆ等于给定值。
滑阀的开口形式
8 西华大学
零开口四边滑阀
阀芯向右偏移， 阀口1和3开启， 2和4关闭。压力 油源经阀口1通 往液压缸，液压 缸的回油经阀口 3回油箱。
零开口四边滑阀
9 西华大学
电液伺服控制系统
由电液伺服阀1、液压缸2、活塞杆带队的机械手手臂3、电位器5、 步进电动机6、齿轮齿条4和放大器7等元件组成。
第八章 液压伺服控制和电液比例控制 主讲 宋春华
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西华大学
液压伺服控制 和电液比例控制
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西华大学
第一节
液压伺服控制
液压伺服控制是以液压伺服阀为核心的高精 度控制系统。液压伺服阀是一种通过改变输入 信号，连续，成比例的控制流量和压力进行液
压控制的。
3 西华大学
根据输入信号的方式不同，又分电液伺服阀和机液 伺服阀。 电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率的液压 能输出，实现执行元件的位移、速度、加速度及力 的控制。 机液伺服阀的输入信号是机动或手控的位移。 伺服阀控制精度高，响应速度快，特别是电液伺服 系统容易实现计算机控制，在航空航天、军事装备 中得到广泛应用。但加工工艺复杂，成本高，对油 液污染敏感，维护保养难，民用工业应用较少。
电液伺服与比例控制简介
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2、射流管式电液伺服阀 图10-3是MOOG公司D661-G系列位移电反 馈射流管式伺服阀的结构示意图，本书以该阀为 例介绍射流管阀的工作原理。
图10-3 射流管式二级电液伺服阀 1—力矩马达；2—射流管；3—放大器；4—位置反馈 传感器；5—主阀芯
指令信号和 反馈信号的差值 通过电流负反馈 放大器3放大作 用在先导阀的力 矩马达1上，如 果差值不为零， 这样产生的转矩 驱动射流管2发 生偏转，使得主 阀芯5两端产生 压降而发生移动。 同时，位置反馈 传感器4与主阀 一起移动，
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1、电液比例方向阀
1. 直动式的比例方向阀 图10-4是最普通的直动式比例方向阀的典型结构。
图10-4 直动式比 例方向阀 1—阀体 2—控制 阀芯 3、4—弹簧 5、6—电磁铁 7— 丝堵
工作原理：电磁铁5和6不带电时，弹簧3和4将控制阀 芯2保持在中位。比例电磁铁得电后，直接推动控制阀芯2， 例如，电磁铁b（6）得电，控制阀芯2被推向左侧，压在 弹簧3上，位移与输入电流成比例。这时，P口至A口及B 口至T口通过阀芯与阀体形成的节流通道。电磁铁6失电， 2被3重新推回中位。弹簧3，4有两个任务：①电磁铁5和 6不带电时，将控制阀芯2推回中位；②电磁铁5或6得电时， 其中一个作为力—位移传感器，与输入电磁力相平衡，从 而确定阀芯的位置。 12
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电气伺服放大器、电液伺服阀均属于此类元件。 执行元件——将产生调节动作的液压能量加 于控制对象上的元件，如液压缸和液压马达。 控制对象——各类生产设备，如机器工作台、刀 架等。 比例控制元件的也包括上述六部分组成，所 不同的是放大、能量转换元件为比例放大器和电 液比例阀。
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液压伺服与比例控制系统课件-电液伺服系统的校正
6.3 电液伺服系统的校正 二 、速度和加速度校正
速度反馈校正的主要作用是提高主回路的静态刚度，减少速 度反馈回路内的干扰和非线性的影响，提高系统的静态精度。加 速度反馈校正主要是提高系统的阻尼。
根据需要速度反馈与加速度反馈可以单独使用，也可以联合 使用。
（二）动压反馈校正
图6-19 带动压反馈的系统方框图
采用动压反馈校正可以提高系统的阻尼，而又不降低系统的静刚度。 采用压力反馈或动压反馈提高系统的阻尼比，同样受局部反馈回路 稳定性的限制。当Kfp过高时，由于伺服阀等小参数的影响局部反馈回路 就会变得不稳定。
6.3 电液伺服系统的校正
（一）压力反馈校正
图6-18 带压力反馈的系统方框图
校正后的阻尼比： 位置系统的开环传递函数：
6.3 电液伺服系统的校正
由上式可以看出，压力反馈不改变开环增益和液压固有频率，但使阻 尼比增加了。
压力反馈校正是通过增加系统的总流量- 压力系数来提高阻尼的。 显然，压力反馈降低了系统的静刚度。
（二）滞后校正举例
加入滞后校正后
6.3 电液伺服系统的校正
此时，系统的开环传递函数为
其中，校正后的速度放大系数
6.3 电液伺服系统的校正
图6-16 具有滞后校正的位置伺服系统伯德图
6.3 电液伺服系统的校正
设计滞后校正网络的设计步骤：
1 根据稳态误差要求，确定系统速度放大系数 2 画出未校正系统的伯德图，检查相位裕量和增益裕量，是否满足
6.3 电液伺服系统的校正
以上讨论了比例控制的电液位置伺服系统，其性能主要由动力 元件参数所决定。对这种系统，单纯靠调整增益往往满足不了系统 的全部性能指标，这时就要对系统进行校正，高性能的电液伺服系 统一般都要加校正装置。
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第八章 主讲:Y.S. 主讲:Y.S. YAO
８.1 液压伺服控制
• 液压伺服控制是以液压伺服阀 液压伺服阀为核心的高 液压伺服阀 高 精度控制。 精度
8.1.1 液压伺服阀
• 概念： 1，是一种通过改变输入信号，连续、成比例 地控制流量和压力进行液压控制 2，是电液伺服系统中的放大转换元件 电 液
8.1.1 液压伺服阀
• 工作原理：线圈 • 滑阀 流量、压力
8.1.2 电液伺服系统的应用
• 位置控制 • 速度控制 • 压力控制
实例
8.2 电液比例控制
特点 • 开关式控制-电液比例控制-电液伺服控制 • 带电气－机械转换装置 • 成本低、抗污染
8.2.1 电液比例控制阀
• 电液比例压力阀 • 电液比例换向阀
8.2.2 系统举例
• 组成： • 实例：
8.3 计算机控制
• 计算机电液控制技术 • 软硬件系统
ห้องสมุดไป่ตู้