电液伺服系统详解
第五章 电液伺服系统
5.1 电液位置伺服系统 5.2 电液速度伺服系统 5.3 电液伺服系统在轧钢中的应用
5.1 电液位置伺服系统
系统组成原理图 系统工作原理与方框图 系统的传递函数 液压控制系统技术指标 系统精度分析 系统的校正
系统组成原理图
系统的工作原理(一)
电液伺服阀控缸位置控制系统，两个电 位器组成的电桥测量输入（指令电位器） 与输出（工作台位置）之间的位置偏差 信号（用电压表示）。若反馈信号电位 器的滑臂指示电位与指令电位器的滑臂 指示电位不等时，则生产偏差电压。
系统的传递函数(一)
根据双电位器阀控缸的位置控制的方框图，可 以写出系统的开环传递函数为：
Au ( s ) = Kv s s 2 2ξ sv s 2 2ξ h s ω + 1 ω 2 + ω + 1 ω 2 + ω + 1 sv h a sv h
液压控制系统的技术指标
一个具体的液压控制系统，除了要满足 一些常规的技术指标外，还有控制系统 特有的技术要求，主要表现在： 控制系统的稳定性 控制系统的响应特性 系统的控制精度(误差)
控制系统的稳定性
稳定是一个控制系统正常工作的必要条 件，是首要考虑的指标。稳定性是指系 统在偏离平衡状态后外作用消失，系统 恢复到新的或原来的平衡状态的能力。 判定系统的稳定性，可以用劳斯判据。 对三阶方程 a3 s 3 + a2 s 2 + a1s + a0 = 0 其稳定条 件是 a0 a3 < a1a2 。 另一种则是利用开环对数频率特性。
τ c = RC
速度控制系统的校正(二)
校正后系统的开环方框图为：
速度控制系统的校正(结束)
电液伺服系统
电液伺服系统电液伺服系统是一种将电气信号转换为液压能量的控制系统。
它通过控制液压阀的开启和关闭来调节液压执行器的工作状态，从而实现对机械装置的精确控制。
本文档将详细介绍电液伺服系统的结构、工作原理、常见问题及解决方案等内容。
一、系统结构1.1 主机部分主机部分是电液伺服系统的核心组成部分，包括电液转换器、伺服阀、传感器等。
其中，电液转换器将电信号转换为液压能量，伺服阀通过控制液压流量来控制液压执行器的运动，传感器用于监测执行器的位置和速度。
1.2 液压执行器液压执行器是电液伺服系统中的重要组成部分，主要包括液压缸和液压马达两种。
液压缸可将液压能量转换为机械能，实现直线运动；液压马达则可将液压能量转换为机械能，实现旋转运动。
1.3 控制部分控制部分由控制器和信号处理器组成，用于接收、处理和传输控制信号。
控制器可根据输入信号的变化调节伺服阀的开启度，从而实现对电液伺服系统的精确控制。
二、工作原理2.1 系统工作流程电液伺服系统的工作流程一般包括输入信号采样、信号处理、控制指令、伺服阀控制和液压执行器动作等步骤。
具体流程如下：（1）输入信号采样：传感器将液压执行器的位置和速度等信息转换为电信号，并传输给信号处理器。
（2）信号处理：信号处理器对输入信号进行滤波、放大等处理，将其转换为控制系统可识别的信号。
（3）控制指令：控制器根据输入信号的变化相应的控制指令。
（4）伺服阀控制：控制器根据控制指令调节伺服阀的开启度，控制液压系统的流量大小。
（5）液压执行器动作：伺服阀的控制信号作用于液压执行器，使其按照要求的位置和速度进行运动。
2.2 系统控制策略电液伺服系统可采用位置控制、速度控制和力控制等不同的控制策略。
其中，位置控制可实现对执行器位置的精确控制；速度控制可实现对执行器速度的精确控制；力控制可实现对执行器施加的力或扭矩的精确控制。
三、常见问题及解决方案3.1 液压系统压力不稳定可能原因：（1）供油系统压力不稳定。
电液伺服控制系统
1电液伺服控制系统1.1电液控制系统的发展历史概述液压控制技术的历史最早可以追溯到公元前240年,一位古埃及人发明的液压伺服机构———水钟。
而液压控制技术的快速发展则是在18世纪欧洲工业革命时期,在此期间,许多非常实用的发明涌现出来,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。
18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。
19世纪初液压技术取得了一些重大的进展,其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。
第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。
出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。
20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。
这些应用最初包括雷达驱动、制导平台驱动及导弹发射架控制等,后来又扩展到导弹的飞行控制、雷达天线的定位、飞机飞行控制系统的增强稳定性、雷达磁控管腔的动态调节以及飞行器的推力矢量控制等。
电液伺服驱动器也被用于空间运载火箭的导航和控制。
电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。
在早些时候,数控机床的工作台定位伺服装置中多采用电液系统(通常是液压伺服马达)来代替人工操作,其次是工程机械。
在以后的几十年中,电液控制技术的工业应用又进一步扩展到工业机器人控制、塑料加工、地质和矿藏探测、燃气或蒸汽涡轮控制及可移动设备的自动化等领域。
电液比例控制技术及比例阀在20世纪60年代末70年代初出现。
70年代,随着集成电路的问世及其后微处理器的诞生,基于集成电路的控制电子器件和装置广泛应用于电液控制技术领域。
现代飞机上的操纵系统。
如驼机、助力器、人感系统，发动机与电源系统的恒速与恒频调节，火力系统中的雷达与炮塔的跟踪控制等大都采用了电液伺服控制系统。
飞行器的地面模拟设备，包括飞行模拟台、负载模拟器大功率模拟振动台、大功率材料实验加载等大多采用了电液控制，因此电液伺服控制的发展关系到航空与宇航事业的发展，在其他的国防工业中如机器人也大量使用了电液控制系统。
伺服控制(电液伺服系统 )课件
（二）系统的闭环刚度特性
闭环惯性环节转折频率的无因次曲线
17
闭环振荡环节固有频率无因次曲线
当h和Kv/h较小时
nc h
18
当h和Kv/h较小时
2 nc 2 h — Kv / h
闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线
19
系统频宽主要受h和h的影响 和限制，应适当提高h和 h ， 但过大的 h会降低nc，影响响
应速度。
电液位置控制系统闭环频率特性曲线
4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率 接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很
大，阻尼系数比较高。
14
P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算
由于以上几点原因，估算时一般可用
Kv
h
3
电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定
裕量 易于保证。
6
位置比较用电压比较代替 缸
电液伺服阀 液压能源
样板 给定
xi 位移 ei 比较eg 电伺服 I
传感器
- 放大器
ef
力矩 马达
液压 放大元件
扰动
液压 xp
执行件
位移 传感器1
A 双传感器阀控位置控制系统
7
由计算机图 形代替样板
程序 ei 比较eg
给定
-
ef
电液伺服阀 液压能源
电伺服 i 放大器
力矩 马达
11
将电液伺服阀看成比例环节
Kv
Ke Kd Ka Ksv iDm
TL
K V ce
iD K m
4
s
t
1
e ce
i +
电液伺服系统
二、系统的稳定性分析
系统的稳定条件为
KV 2 hh
（6-11）
系统要有适当的稳定裕量，通常相位裕量在30°～ 60°之间，增益裕量 20lg K g 应大于6dB（或K g 2 ）
如果取增益裕量 20K g 2 KV
电液伺服系统
电气、液压
优点：
控制精度高 响应速度快 输出功率大 信号处理灵活 易于实现各种参 量的反馈
适用场合：
负载质量大且要 求响应速度快
第一节 电液伺服系统的类型
• 位置控制、速度控制、力控制 • 阀控系统、泵控系统
• 大功率系统、小功率系统
• 开环控制系统、闭环控制系统 • 模拟伺服系统、数字伺服系统
第二节 电液位置伺服系统的分析
电液伺服系统是最基本、最常用的一种液压伺 服系统，如：机床工作台的位置、飞机和船舶 的舵机控制等。 在其他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。
一、系统的组成及其传递函数
当采用电位器作为指令装置和反馈测量装置，就构成了直 流电液位置伺服系统。 当采用自整角机或旋转变压器作为指令装置和反馈测量装 置时，就可构成交流电液位置伺服系统。 自整角机是一种回转式电磁感应元件，由转子和定子组成。 定子上绕有星形联接的三相绕组，转子上绕有单相绕组。 在伺服系统中，自整角机是成对运行的，与指令轴相联的 自整角机成为发送器，与输出轴相联的成为接受器。发送 器转子绕组接激磁电压，接收器转子绕组输出误差信号电 压。接收器和发送器的定子的三相绕组相联。
自整角机测量装置输出的误差信号是一个振幅调制 波，频率等于激磁电压（载波）的 频率，其幅值 与输入轴和输出轴之间误差角的正弦成正比，即：
U e Ke sin(r c )
电液伺服系统的原理及应用
电液伺服系统的原理及应用一．电液伺服系统概述电液伺服系统在自动化领域是一类重要的控制设备，被广泛应用于控制精度高、输出功率大的工业控制领域．液体作为动力传输和控制的介质，跟电力相比虽有许多不甚便利之处且价格较贵，但其具有响应速度快、功率质量比值大及抗负载刚度大等特点，因此电液伺服系统在要求控制精度高、输出功率大的控制领域占有独特的优势。
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。
我国的电液伺服发展水平目前还处在一个发展阶段，虽然在常规电液伺服控制技术方面，我们有了一定的发展。
但在电液伺服高端产品及应用技术方面，我们距离国外发达国家的技术水平还有着很大差距。
电液伺服技术是集机械、液压和自动控制于一体的综合性技术，要发展国内的电液伺服技术必须要从机械、液压、自动控制和计算机等各技术领域同步推进。
二．电液伺服的组成电液控制系统是电气液压控制系统简称，它由电气控制及液压两部分组成。
在电子-液压混合驱动技术里，能量流是由电子控制，由液压回路传递，充分结合了电子控制和液压传动两者混合驱动技术的优点避免了它们各自的缺陷。
⑴电子驱动技术的特点①高精度、高效率，低能耗、低噪音②高性能动态能量控制③稳定的温度性能④能量再生及反馈电网⑤在循环空闲的时间没有能量损失⑵液压驱动技术的特点①高(力/功)密度②结构紧凑③液压马达（油缸）是大功率且经济的执行元件④在液压系统做压力控制的时候有明显的能量流失液压部分：以液体为传动介质，靠受压液体的压力能来实现运动和能量传递。
基于液压传动原理，系统能够根据机械装备的要求，对位置、速度、加速度、力等被控量按一定的精度进行控制，并且能在有外部干扰的情况下，稳定、准确的工作，实现既定的工艺目的。
（工控网）液压伺服阀是输出量与输入量成一定函数关系，并能快速响应的液压控制阀，是液压伺服系统的重要元件。
电液伺服系统的设计与实现
电液伺服系统的设计与实现随着科技的不断发展，机械设备的功能和性能要求也越来越高。
而在众多机械设备中，电液伺服系统以其优良的性能和高效的工作模式，已经成为了广泛应用的设备之一。
本文将就电液伺服系统的设计和实现进行讨论，以期提高其性能和工作效率。
一、电液伺服系统的组成电液伺服系统是由3个部分组成的：电子控制单元、电液传动系统和执行机构。
1. 电子控制单元电子控制单元包括控制器和信号处理器，控制器是整个系统的核心。
它可以接收来自传感器的反馈信息，根据内部程序计算出控制信号，并输出到执行机构，实现对执行机构的精确控制。
2. 电液传动系统电液传动系统是整个电液伺服系统的动力源，它包括电液转换器、电动机、泵、油箱、阀门等组成。
电动机通过传动装置，驱动泵产生压力液体，液体经过阀门进入执行机构，实现机械臂等动作。
3. 执行机构执行机构是电液伺服系统的输出节点，它通过接收液压驱动，转换为机械运动。
在典型的电液伺服系统中，执行机构通常包括液压缸、液压马达、液压单元等。
二、电液伺服系统的优点1. 精度高因为电液伺服系统可以接收来自传感器的反馈信息，根据内部程序计算出控制信号，并输出到执行机构，实现对执行机构的精确控制，所以其控制精度很高，可以满足高精密度机械设备的要求。
2. 动态性能好电液伺服系统的调节速度快，反应灵敏。
它不仅可以适应于各种工况的需要，而且可以根据需要进行控制和调节。
相比之下，其他传动系统难以满足这些要求。
3. 可扩展性强电液伺服系统的结构比较清晰，它根据要求可以进行功能扩展。
同时，它也可以与其他的控制系统进行集成，如PLC、CAN总线等。
三、电液伺服系统的设计电液伺服系统的设计必须根据所需的实际应用来进行，下面简单介绍了一些设计方法。
1. 系统参数计算电液伺服系统的设计一定要进行系统参数计算，以确保正确的系统工作。
主要包括负载惯性、运动速度、加速度、油液流量、泵、马达的型号、离合器等参数的计算。
2. 控制系统设计控制系统设计是电液伺服系统设计的核心问题。
电液伺服控制
电液伺服控制1. 引言电液伺服控制是一种在工业自动化领域广泛应用的控制技术，通过控制电液伺服系统的输出来实现对机械装置的精确控制。
本文将介绍电液伺服控制的基本原理、控制策略和应用领域。
2. 电液伺服系统结构电液伺服系统由执行机构、传感器、控制器和液压装置等组成。
执行机构一般由液压缸和阀门组成，传感器用于对执行机构的运动状态进行反馈，控制器根据传感器反馈的信息进行计算和决策，液压装置则负责产生并传递液压能量。
3. 电液伺服控制原理电液伺服控制的基本原理是通过改变液压系统的压力和流量来实现对执行机构的运动控制。
控制器根据预定的信号和传感器反馈的信息计算出对应的控制指令，然后通过控制阀控制液压系统的工作状态，从而实现对执行机构的控制。
4. 电液伺服控制策略电液伺服控制有多种控制策略，常见的包括位置控制、速度控制和力控制。
位置控制是通过对液压缸的运动位置进行控制，实现对机械装置位置的精确控制。
速度控制则是控制液压缸的运动速度，实现对机械装置运动速度的精确控制。
力控制则是控制液压系统的输出力，实现对机械装置施加的力的精确控制。
5. 电液伺服控制的特点电液伺服控制具有以下特点：•高精度：电液伺服控制可以实现对机械装置位置、速度和力的精确控制，满足工业自动化对精度的要求。
•响应快：电液伺服控制系统的响应速度较快，可以实现快速而准确的控制。
•高可靠性：电液伺服系统采用液压传动，具有较高的可靠性和稳定性。
•适应性强：电液伺服控制适用于各种不同工况和负载情况下的控制需求。
6. 电液伺服控制的应用领域电液伺服控制广泛应用于各个工业领域，包括机床、起重机械、注塑机、机器人等。
在机床行业中，电液伺服控制可实现高精度的切削加工；在起重机械领域，电液伺服控制可以实现大力矩的精确控制，提高起重机械的工作效率；在注塑机和机器人领域，电液伺服控制可以实现高速、灵活的动作控制，提高生产效率和产品质量。
7. 总结电液伺服控制是一种在工业自动化领域应用广泛的控制技术，通过控制液压系统的输出来实现对机械装置的精确控制。
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电液伺服系统
系统组成：由EH供油系统、电液执行器、保护 系统和试验模块
汽轮机数字电液控制系统
Digital Electro-Hydraulic Control System
EH供油系统 向电液执行器提供符合压力要求和清洁度、酸 度等品质要求的安全、可靠、稳定的液压油。由高压油泵、过 滤器、再生装置、冷油器EH油箱、高压蓄能器、低压蓄能器 等组成。 电液执行器 主汽门和调节汽门的执行调节器。有电液伺服阀 和电磁阀2种控制方式，前者为位置连续调节，后者为开、关2 种状态。 保护系统 “2取1”带电动作OPC电磁阀，“4取2”失电动作电 磁阀，及试验回路。超速保护控制和自动停机遮断，前者用于 超速预警和保护，后者用于事故工况下紧急停机。 试验模块 低润滑油压、低EH油压、推力轴承磨损、低真空 等试验系统。 油路系管路、OPC保护油路或AST停机油路、低压回油油路和无压回 油油路。前3种与电液执行器相连，保护系统的回油经无压回 油油路直接排至主油箱。
EH油系统 运 行
EH油系统概述 随着大容量、高参数汽轮发电机组的发展， 机组调节系统工作介质的额定压力随之升高， 对其工作介质的要求亦越来越高。通常所用 的矿物油自燃点为350℃左右，若在高参数大 容量机组使用，便增加了油泄漏到主蒸汽管 道(＞530℃)导致火灾的危险性。为保证机组 的安全经济运行，汽轮机电液调节系统的控 制液普遍采用了磷酸酯抗燃油。
柱塞变量油泵
系统采用进口高压变量柱塞泵，并采用双泵并联工作系统， 当一台泵工作，则另一台泵备用，以提高供油系统的可靠性， 二台泵布置在油箱的下方，以保证正的吸入压头。 由交流马达驱动高压柱塞泵，通过油泵吸入滤网将油箱中的 抗燃油吸入，从油泵出口的油经过压力滤油器通过单向阀流 入和高压蓄能器联接的高压油母管将高压抗燃油送到各执行 机构和危急遮断系统。 泵输出压力可在0－21MPa之间任意设置。本系统允许正常工 作压力设置在11.0～15.0MPa，本系统额定工作压力为 14.5MPa。 油泵启动后，油泵以全流量约85 L/min向系统供油，同时也 给蓄能器充油，当油压到达系统的整定压力14.5MPa时，高 压油推动恒压泵上的控制阀，控制阀操作泵的变量机构，使 泵的输出流量减少，当泵的输出流量和系统用油流量相等时， 泵的变量机构维持在某一位置，当系统需要增加或减少用油 量时，泵会自动改变输出流量，维护系统油压在14.5MPa。 当系统瞬间用油量很大时，蓄能器将参与供油。
蓄能器
一个气—液式高压蓄压器装在油箱的旁边，
用来维持系统的压力，减小压力波动。此蓄 压器一侧预先充进的氮气压力与另一侧油系 统中的油压相平衡。此蓄压器块上有一个截 止阀，此阀能将蓄压器与系统隔绝，以进行 试验、重新充气或维修。蓄压器氮气一侧有 一个压力表，用以检查充氮压力
蓄能器
EH油系统的运行操作
注意点
抗燃油在运行、检修过程中容易受到水
分、温度、颗粒杂质和系统材料的污染 而影响它的使用性能。在检修过程中如 不注重检修质量管理，油系统清理不干 净和检修质量不过关，都会给系统和机 组的安全埋下隐患，甚至可能造成超速 或停机事故。
EH系统组成
本系统由安装在座架上的不锈钢油箱、有关
的管道、蓄压器、控制件、二台变量柱塞泵、 二台电动机、滤油器以及热交换器等组成 ,油 泵供出的抗燃油经过EH控制块、滤油器、逆 止阀和安全溢流阀，进入高压集管和蓄能器， 以建立14.5MPa的压力，直接供向系统， 为 所有的控制阀门的EH油动机提供动力油源， 使汽机蒸汽阀处于一定的开度位置，系统的 回油流经滤油器和冷油器后回油箱。
汽轮机数字电液控制系统 3.2 电液执行器
Digital Electro-Hydraulic Control System
3.2.1 电液位置伺服执行器 作用 电液位置伺服执行器驱动主汽门和调节汽门连续运动， 产生符合机组负荷要求的主汽门及调节汽门开度。 组成 由电液伺服阀、油缸、快速卸载阀、滤网、隔离阀、单 向(逆止)阀，以及位置反馈线性差动位移变送器等组成。电液 伺服阀控制进入油缸的流量，由此控制油缸活塞的运动速度； 油缸为动力输出；快速卸载阀用油缸的快速关闭，单向阀起到 电液执行器与低压回油油路及OPC或AST油路的隔离作用，以 便在机组运行中，在线维修和更换电液执行器部件。 电液伺服阀 电控制信号转变为液压控制信号，故俗称电液转 换器。油缸活塞的位移是由进入油缸腔室的液压油的流量控制 的，故称电液流量伺服阀。我国汽轮机电液控制系统中，美国 Moog公司的电液伺服阀应用最多，故将电液伺服阀俗称为 Moog阀。
在
油过滤器
由一个波纹纤维状杂质滤器以及之相连的硅藻土滤 器所组成。此精密滤器组件是位于高压油总管节流 孔后的管路上，此节流管路（装有一个通常关闭的 阀门）将使大约每分钟3.7升的油流过滤器件，送回 油箱。 硅藻土过滤器可以被旁路，此时油仅通过波纹纤 维状杂质滤器。此旁路是通过节流孔的，并且装有 一个通常关闭的阀门。每个滤器还装有一个压力表， 当滤器需要检修时，此压力表就指示出不正常的高 压力。
在机组预启动期间，EH油系统应进行升温、
升压。液压油的正常运行温度是49℃ （38℃～60℃），虽然允许系统可以在21℃ 油温下操作，但不推荐低于21℃油温下运行， 严禁在10℃下运行。因此预启动的第一步是 对油升温。 采用浸入式加热器升温
EH冷态启动
1、当油温位于10℃～21℃之间， （1）调节EH油箱控制组件的溢流阀到最低压力位置。 （2）主EH油泵间断地运行，使抗燃油在油箱内循环。 （3）手动启动主油泵以及调节控制组件溢流阀，使排油压 力为2、3.45Mpa,并注意监视系统压力表，使之达到 3.45Mpa。 2、当油温达到15℃时，调整溢流阀使排气压力达到6.9 Mpa。 3、EH油箱油温达到21℃时，调节控制组件的溢流阀，保持 油压在10.35 Mpa。 4、慢慢地达到控制组件缷载阀的缷载压力。调整控制组件 使溢流阀的溢流压力为16.22 Mpa。 5、调整控制组件使缷载阀的缷载压力为14.5Mpa。加载压 力为12.42 Mpa。 6、设定好阀门压力后，闭锁控制组件的缷载阀和溢流阀的 调整螺丝。