液压伺服与比例控制系统
液压伺服与比例控制系统”课程体系建设与改革
液压伺服与比例控制系统”课程体系建设与改革摘要：结合“构思—设计—执行—运作”工程教育模式对新型工程人员在知识、技能和实践方面提出的要求，对国家精品课程“液压伺服与比例控制系统”的教学进行改革，分别从课堂教学单元、实践教学单元，课程设计单元，融入新的教学手段，重在加深学生对理论知识的理解深度，培养学生的工程实践能力，增强学生的团队意识。
关键词：“构思—设计—执行—运作”工程教育模式；案例教学法；讨论教学法；工程实践教学法；项目教学国内工科院校培养的本科毕业生，普遍存在重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而忽视开拓创新精神的培养等问题。
从2005年起，国内多所高校结合我国高等教育的实际情况，积极参与“构思—设计—执行—运作”(Conceive—Design—Implement—Operate，以下简称CDIO)工程教育模式的实践和探索。
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。
国内外教学实践表明，其理念和方法是先进可行的，适合工程教育教学过程各个环节。
迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，取得了良好效果，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业的欢迎。
“液压伺服与比例控制系统”是国内液压专业非常重要的一门专业课，特点是专业性强、综合性强、理论性强。
多年来，燕山大学机电控制工程专业一直重视该课程教学的改革工作，取得了显著效果，为国家培养了大量优秀工程技术人才。
但是，近几年来，随着社会对该专业学生素质要求的不断提高，仍然暴露出一些问题，比如教学手段相对较为落后，教学过程中理论与实践脱节，忽视学生创新能力和团队意识的培养等。
因此，逐渐出现了学生学习积极性不高、创新能力和团队意识不足等问题。
从2008年开始，该专业开始按CDIO工程教育模式培养学生。
以此为前提，结合“液压伺服与比例控制系统”国家精品课程的建设，课程建设小组通过改革传统教学方法和手段，加强过程管理，实施考核手段和方式的多样化，强化创新与实践能力培养，探索出一套更为完善的课程教学体系。
燕山大学王牌专业液压伺服与比例控制系统6
滑阀式溢流口，端面测压
锥阀式溢流口 ，端面测压
锥阀式溢流口，锥面测压
图6.7
锥阀式直动型溢流阀
调压手柄
锥阀芯 与面测压
调压弹簧
图6.7
溢流阀的符号
直动型溢流阀结构简单，灵敏度高，但因压力直接与 调压弹簧力平衡，不适于在高压、大流量下工作。
18
直动型溢流阀 与符号的对应关系
测压孔
阀口
阀 口
比较：
进油口P1
出油口P2
泄油口L
出油口P2
导阀比较
Fs F指 p3 As
主阀比较：
F主 p3 A p2 A
图6.17 先导式减压阀原理图
主级测压面
半桥式 先导控 制部分
主级指令
阀
测压面
口
阀口
测压面 直动型溢流阀
与符号的对应关系
测压孔
减压阀符号
代表液压先导控制
半桥式 先导控 制部分
先导型减压阀 与符号的对应关系
T 电磁溢流阀原理图
电磁阀通电卸压 先导式溢流阀部分
远程调压原理
32MPa
先导式溢 流阀部分
P
25MPa
远程调压阀
25MPa 32MPa
远程调压阀 先导式溢流阀部分
输出25MPa T
6.2.4 溢流阀静态特性与动态持性
静态特性是指阀在稳态工况时的特性，动态特性是指 阀在瞬态工况时的特性。
（1） 静态特性
溢流阀期望压力P指
溢流阀压力 随流量变化曲线
因开启和闭合时，阀芯 摩擦力方向不同，导致 开启曲线与闭合曲线不重合
p
溢流阀流量变化 引起的压力波动p
要求P开>85% Pn
图6.13
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。
液压伺服与比例控制系统_第四部分_机液伺服系统
一、基本方程：
QL Kq X v Kc PL
QL
Ap sX
p
[Ctp
Gd
(s)]PL
Vt
4e
sPL
ApPL mts2 X p
二、方框图与传递函数：
三、传递函数简化
Kq
Xp
Ap
Xv
s
s2
h2
2 h h
s
1
液压固有频率：
h
液压阻尼比：
vp Kq
vp Kv
Ap
xv
总误差:
v p FL
Kv K p Ap
4.3 动压反馈装置
液压伺服系统往往是 欠阻尼的，液压阻尼比 小直接影响到系统的稳 定性、响应速度和精度。 因此提高阻尼比，对改 善系统性能是十分重要 的。采用动压反馈可以 有效地提高阻尼比，
两种常用的动压反馈 装置，分别是液阻加空 气蓄能器和油气阻尼器，
内反馈就是直接 比较的位置反馈。
Xi=X芯 指令元件与阀芯相连
Xp=X套
受控对象与阀套相连
Xi=X芯
Xp=X套
指令与阀连
对象与阀套连
阀芯与阀套 内反馈中的比较元件就
位置比较
是“阀芯”和“阀套”。
Xi
X芯
1
Xv 伺服阀
-
阀芯阀套直接位置比较
X套
1
XP
比较元件要求： 1）与指令元件相连（手）
2）与被控对象相连（工作台）
机液伺服系统工作可靠。但是，如果设计时各参数 选择不好，装配时就不易调整。另外，机械元件有惯 性，时间常数较大；机械运动件间总有间隙、摩擦， 工作久了总有磨损，这些都会降低系统的精度。
燕山大学王牌专业液压伺服与比例控制系统1
泵
缸
7
1.1.1 液压传动的定义
为什么要用液压传动呢？
将能量从机械能转换为液压能，而后又将液压能转换为液 压能，何必多此一举呢？ 几乎所有的机械或机器都需要传动机构。这因为原动机一 般很难直接满足执行机构在速度、力、转矩或运动方式等方面 的要求，必须通过中间环节——传动装置进行调节控制。液压 传动就是这种调节控制方式中的一种。
活塞5上作用的W为0… 在不计活塞磨擦力和活 塞自重的情况下，此时系统 的液压力回是多少呢？ 很明显在活塞5下的压力 W P2 0 这时活塞1下 A2 的压力 P P 0 ， 1 2 主动力F1只能为0，也就是 说主动力是加不上去的。
如果 活塞5上作用的W为0… 如果 工作负载为W… 泵 如果 A1 液压缸4和活塞5被一容器取 代…
请看右下图，由图可知：
运动速度取决于流量
活塞1向下移动h1,通过液体的能量传输，将使活塞5上升一 段距离h2，很显然h1≠h2。 由于不存在泄露及忽略液体的可压缩性，所以在Δt时间里 从液压缸2中挤出的液体体积V1 A h1 ，将等于通过管道3 1 挤入液压缸4的体积V2 A2 h2 。即： h A h A
手动油泵 （油源）
油缸 （执行元件）
21
1.2.1液压传动系统的工作原理
磨床工作台
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磨床工作台液压系统
磨床工作时，要求其工 作台水平往复运动。 实现工作台水平往复运动 控制的是一套液压控制系统， 如图所示是一台磨床的液压 系统结构原理图。
7 5
18 17 16
15 14 13
12 11 16 9 8 6 10 15
v2 及 A v1 A2v2 1 活塞1的输入功率： pA Q 1 N1 F1v1 pQ A1 活塞5的输入功率： pA2Q N 2 F2 v2 pQ A2 缸
液压缸位置伺服控制系统的设计与优化
液压缸位置伺服控制系统的设计与优化液压是一种广泛应用于工业领域的技术，而液压缸作为其中的重要组成部分，起到了控制和传动力的关键作用。
液压缸的位置伺服控制系统设计与优化是一个不断发展的领域，本文将从控制原理、设计方法和优化策略三个方面探讨液压缸位置伺服控制系统的发展和应用。
一、控制原理液压缸的位置伺服控制系统是基于反馈控制原理的。
该系统的目标是通过对液压油的控制，使液压缸的位置达到期望值。
控制器根据外部的输入信号和反馈信息，对液压系统进行控制和调节，以实现位置的精确控制。
在液压缸位置伺服控制系统中，主要采用的控制方式有比例控制、积分控制和微分控制。
比例控制通过调节控制信号与反馈信号之间的比例关系，使系统的响应更为迅速。
积分控制通过积分控制器对误差进行积分，以消除系统的稳态误差。
微分控制则通过微分控制器对误差的变化率进行调节，以提高系统的动态响应性能。
二、设计方法液压缸位置伺服控制系统的设计方法主要包括系统分析、参数选取、控制器设计和系统仿真等步骤。
在系统分析中，需要确定系统的目标、输入和输出，并对系统进行建模和分析。
参数选取则是根据系统的要求和性能指标，选择合适的液压元件和参数数值。
控制器设计是根据系统的特点和需求，设计出合适的控制算法和参数。
系统仿真则是通过软件模拟系统的运行和反馈信息，以评估系统的性能和稳定性。
在液压缸位置伺服控制系统的设计中，还需要考虑到系统的非线性和动态特性。
液压系统的非线性主要体现在油液的粘性、压力和温度对系统性能的影响等方面。
为了解决这些非线性问题，可以采用模糊控制、神经网络控制等方法来调节系统的响应。
而系统的动态特性则需要通过对控制系统的参数进行调节和优化，以提高系统的动态性能和稳定性。
三、优化策略液压缸位置伺服控制系统的优化策略主要包括参数优化、结构优化和控制策略优化。
参数优化是根据系统的性能指标和要求，通过试验和仿真等方法对系统的参数进行调整和优化。
结构优化是通过改变系统的结构和组件，以提高系统的性能和效率。
液压伺服阀和比例阀的区别【一文搞懂】
以下为液压伺服阀和比例阀的区别，一起来看看：区别一：伺服阀中位没有死区，比例阀有中位死区；伺服阀的频响（响应频率）更高，可以高达200Hz左右，比例阀一般最高几十Hz；伺服阀对液压油液的要求更高，需要精过滤才行，否则容易堵塞，比例阀要求低一些；阀芯结构及加工精度不同，比例阀采用阀芯+阀体结构，阀体兼作阀套；伺服阀和伺服比例阀采用阀芯+阀套的结构，中位机能种类不同，比例换向阀具有与普通换向阀相似的中位机能，而伺服阀中位机能只有O型；阀的额定压降不同，而比例伺服阀性能介于伺服阀和比例阀之间，比例换向阀属于比例阀的一种，用来控制流量和流向。
区别二：电液比例阀与伺服控制系统中的伺服阀相比，性能在某些方面还有一些差距。
但是电液比例阀抗污染能力强，减少了由于污染而造成的工作故障，可以提高液压系统的工作稳定性和可靠性，更适用于工业过程。
区别三：驱动装置不同。
比例阀的驱动装置是比例电磁铁；伺服阀的驱动装置是力马达或力矩马达；性能参数不同。
滞环、中位死区、频宽、过滤精度等特性不同，因此应用场合不同，伺服阀和伺服比例阀主要应用在闭环控制系统，其它结构的比例阀主要应用在开环控系统及闭环速度控制系统。
液压比例阀：液压比例阀是一种新型的液压控制装置。
在普通压力阀、流量阀和方向阀上，用比例电磁铁替代原有的控制部分，按输入的电气信号连续地、按比例地对油流的压力、流量或方向进行远距离控制。
比例阀一般都具有压力补偿性能，输出压力和流量可以不受负载变化的影响。
伺服阀：液控伺服阀主要是指电液伺服阀，它在接受电气模拟信号后，相应输出调制的流量和压力。
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气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，它将电气部分与液压部分连接起来，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。