第八章 液压伺服控制系统

频宽是伺服阀响应速度的度量。频宽应根据系统实际需要确定，频宽过低会 限制系统的响应速度，过高会使高频干扰传到负载上去。
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7.5 电液伺服阀的发展趋势
1）在结构改进上，目前主要是利用冗余技术对伺服阀的 结构进行改造。
俄罗斯研制的射流管式伺服阀阀芯两端设计了双冗余位置 传感器，用来检测阀芯位置。一旦出现故障信号可立即切 换备用伺服阀。 美国的Moog公司和俄罗斯的沃斯霍得工厂均已研制出四 余度的伺服机构用于航天行业。 我国的航天系统有关单位早在90年代就已进行三余度等多 余度伺服机构的研制，将伺服阀的力矩马达、反馈元件、 滑阀副做成多套，发生故障可随时切换，保证系统的正常 工作。
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7.5 电液伺服阀的发展趋势
4）在测试方法改进方面，随着计算机技术的高速发展 生产单位均采用计算机技术对伺服阀的静、动态性能进行 测试与计算。
某些单位还对如何提高测量精度，降低测量仪器本身的振 动、热噪声和外界的高频干扰对测量结果的影响，作了深 入的研究。 如采用测频/测周法、寻优信号测试法、小波消噪法、正弦 输入法及数字滤波等新技术对伺服阀测试设备及方法进行 了研制和改进。
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T
pS
T
pS
Xv
Xv
A B A B
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8.3 液压伺服控制系统的特点
反馈系统：把输出量的一部分或者全部按照一定方式 送回输入端，并和输入信号比较。 靠偏差工作：要使执行元件输出一定的位移，滑阀必 须具有一定的开口量，因此输出与输入之间必须有偏 差信号，执行元件的运动又试图消除这个偏差。但是 在伺服系统中任何时间都不能完全消除这个偏差，伺 服系统正是依靠这一偏差信号进行工作的。
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7.5 电液伺服阀的发展趋势
3）在材料的更替上方面，除了对某些零件采用了强度、 弹性、硬度等机械性能更优越的材料外。还对特别用途的 伺服阀采用了特殊的材料。
德国有关公司用红宝石材料制作喷嘴档板，防止因气馈造 成档板和喷嘴的损伤、动静态性能降低、工作寿命缩短。 机械反馈杆头部的小球也用红宝石制作，防止小球和阀芯 小槽之间的磨损，使阀失控，并产生尖叫。 航空六O九所、中船重工第七O四研究所等单位均采用新材 料研制了能以航空煤油、柴油为介质的耐腐蚀伺服阀。 此外对密封圈的材料也进行了更替，使伺服阀耐高压、耐 腐蚀的性能得到提高。
V2 V02 Ap x p
V1 V01 Ap x p
综合以上各式得液压缸流量连续性方程：
dx p Cep q1 q2 qL Ap Cip ( p1 p2 ) ( p1 p2 ) 2 dt 2 1 dp1 dp2 Ap x p dp1 dp2 V02 V01 2e dt dt 2 e dt dt 34
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液压工作台位置控制系统
执行元件 被控对象
放大元件
传感器1
比较元件
指令元件
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控制框图
放大元件 工作台
控制系统组成：
•被控对象 •指令元件 •比较元件 •反馈传感器
•动力元件（阀、缸）
I
Ka
Xi 指令
电压 Ui 比较 E I 电放大
液压能源
液压动力元件
伺服阀 液压缸
扰 动 被控 XP 工作台
7.2 电液伺服阀的组成和工作原理
3、电液伺服阀的组成
（1）电—力转换部分：通常为力马达或力矩马达； （2）力—位移转换部分：通常为扭簧、弹簧管或弹簧； （3）液压放大器：通常前置级为滑阀式、射流管式或喷嘴挡板 式液压放大器，而功率放大级均为滑阀式液压放大器。
7.3 电液伺服阀的分类
按第一级液压放大器的结构分：
执行元件 直接带动控制对象动作的元件或机构，通常为液压缸 或液压马达。
控制对象 机器直接工作的部分，如设备的工作台、刀架等。
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8.4 液压伺服控制系统的类型
按控制信号的类别和回路的组成分为：机液伺 服控制系统、电液伺服控制系统和气液伺服控 制系统等。 按控制元件的不同分为：滑阀式、射流管式、 喷嘴挡板式、转阀式等。 按控制方式不同分为：阀控式和泵控式系统。
和估计伺服阀的规格，以便与所要求的负载流量 和负载压力相匹配。
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7.4 电液伺服阀的特性
2 空载流量特性
空载流量特性曲线是输出流量与输 入电流呈回环状的函数曲线。它是在给定
的伺服阀压降和负载压降为零的条件下，
使输入电流在正、负额定电流值之间以阀 的动态特性不产生影响的循环速度作一完
整循环描绘出来的连续曲线。
液压控制系统建模：四通阀控制液压缸
根据：V01 = V02 = V0 = Vt /2 dp1 dp2 同时： Ax V， 0
p p 0
dt
dt
则液压缸流量连续性方程简化为：
Vt dpL qL Ap Ctp pL dt 4e dt
(三) 液压缸和负载的力平衡方程：
流体传动与伺服控制 —电液伺服阀
机电所：李小虎 li.xiaohu@
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7. 电液伺服阀
电液伺服阀是液压伺服系统中的重要元件，它是一 种通过改变输入信号，连续的、成比例的控制流量、 压力的液压控制阀。
根据输入信号的方式不同，又分为电液伺服阀和机 液伺服阀两大类。
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流体传动与伺服控制
机电所：李小虎
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8. 液压伺服控制系统
本章主要教学内容 8.1 8.2 8.3 8.4 液压伺服控制系统的基本原理 液压伺服控制系统的分类 液压伺服控制系统的优缺点 液压伺服控制系统的发展和应用概况
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8. 液压伺服控制系统 目的任务:
1、了解液压伺服控制系统的原理及组成 2、了解液压伺服控制系统的特点 3、了解液压伺服控制系统的分类
放大系统：执行元件输出的位移远远大于输入信号的 位移，其输出的能量是由液压能源供给的。
跟踪系统：执行元件的输出量跟踪输入信号的变化。
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8.4 液压伺服控制系统的组成
输入元件 通过输入元件，给出必要的控制信号； 检测反馈元件 检测被控制量，产生系统的反馈信号，通常为各 种传感器。 比较元件 将输入信号与反馈信号进行比较．并将其差值作为放 大变换元件的输入信号。有些系统没有单独的比较元件，而是由 反馈元件、输入元件或放大变换元件的一部分来实现其比较功能。 放大元件 将偏差信号放大并转换后，控制执行元件，如伺服放 大器，液压控制阀，电液伺服阀等。
8.1 液压伺服控制系统的概述
液压伺服系统（Hydraulic Servo System）是 一种自动控制系统，是由反馈控制技术、电子技术 与液压技术相互结合而产生的。 执行元件的运动跟随控制元件（或输入信号）运动 的改变而变化，所以又称为随动系统，也称为跟踪 系统，其输出能自动、快速而准确的复现输入量的 变化规律。 液压伺服系统具有重量轻，体积小、反应快、系统 刚度大和伺服精度高等优点，因而在机械、船舶、 航空、冶金和化工部门中得到广泛的应用。
电源
扰 动 被控 XP 工作台
-
Байду номын сангаас
UP
反馈 电位器
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液压控制系统建模：四通阀控制液压缸
基本结 构形式
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液压控制系统建模：四通阀控制液压缸
一、基本方程：
(一) 滑阀的流量方程
qL Kq xv Kc pL
qL Kq xv Kc pL
定义负载流量：
q1 q2 qL 2
(二) 液压缸流量连续性方程 进油腔流量：
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7.5 电液伺服阀的发展趋势
2）在加工工艺的改进方面，采用新型的加工设备和工
艺来提高伺服阀的加工精度及能力。
如在阀芯阀套配磨方法上，国内提出了智能化、全自动的 配磨系统。 在力矩马达的焊接方面，中船重工第704研究所与德国知 名厂家合作采用了世界最先进的焊接工艺取得了良好的效 果。 提出智能化的伺服阀力矩马达弹性元件测量装置。对弹性 元件能高效完成刚度测量、得到完整的测量曲线，且不重 复性测量误差不大于1%。
-
Ka
UP
反馈 电位器
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电动工作台位置控制系统
被控对象
执行元件
传感器1
放大元件
比较元件
指令元件
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控制框图 控制系统组成：
•被控对象 •指令元件 •比较元件 •反馈传感器
•动力元件（可控硅、 将液压动力元件（伺 电机） 服阀、缸）换成电动 力元件（可控硅与电 动机） 工作台
E Ka
电压 Xi 电动力元件 比较 Ui E 电放大 I 指令 指令 可控硅 电机 Ka 电位器
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7.4 电液伺服阀的特性
3 压力特性
压力特性曲线是输出流量为零（两个负载油口 关闭）时，负载压降与输入电流呈回环状的函数 曲线，如图所示。负载压力对输入电流的变化就 是压力增益，单位为pa/A。
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7.4 电液伺服阀的特性
4 内泄漏特性
当阀处于零位时，内泄漏流量（零位内泄漏流量）最大。对两级伺服阀而言， 内泄漏流量由前置级的泄漏流量qp0和功率级泄漏流量q1组成。功率滑阀的 零位泄漏流量qc与供油压力ps之比，可作为滑阀的流量--压力系数。零位泄 漏流量对新阀可作为滑阀制造质量的指标，对旧阀可反映滑阀的磨损情况。

滑阀放大器、单喷嘴挡板阀、双喷嘴挡板阀、射流管及射流元件
7.4 电液伺服阀的特性
一、静态特性
电液伺服阀的静态性能，可根据测试得到的负载流量特性、空载流
量特性、压力特性、内泄漏特性等曲线和性能指标进行评定。
1 负载流量特性（压力-流量特性）
负载流量特性曲线完全描述了伺服阀的静态
特性。这些曲线主要还是用来确定伺服阀的类型
按所控制的物理量分为：位置伺服控制系统、 速度伺服系统和力控制系统。