液压伺服系统
液压伺服系统
块图可得系统开环传递函数为
G(s)H
(s)
=
Kv s(ωs2h2 +2ωζhh
s+1)
(5-3)
式中
Kv——开环放大系数(也称速度放大系数)， K v
=
KqK f Ap
式(5-3)中含有一个积分环节，因此系统是 I 型伺服系统。 由式(5-3)可画出开环系统伯德图，如图 5-3 所示。在ω < ωh 时，低频渐近线是
3.机液位置伺服系统举例 液压仿形刀架是机械液压位置控制系统的典型应用实例，它适用于车、铣、刨、
磨的机械加工。液压仿形刀架工作原理图如图 5-4 所示。
图 5-4 液压仿形刀架工作原理图
在仿形车床上，它可以仿照模板的形状自动加工出各种形状的轴类或旋转体
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工件。它在机械制造业中得到广泛的应用。 （1）液压仿形刀架的结构及其工作原理
由此可知，仿形刀架是一个典型的机械液压位置控制系统。它的输入量是触头 的位移xi，输出量(即被控制量)是液压缸缸体的位移y，伺服阀在该系统中起到了比 较、放大和控制作用，液压缸是系统的执行元件，反馈、检测由杠杆完成。该系 统的工作原理可用图 5-5 职能方框图描述。
图 5-5 液压仿形刀架职能方框图
(5-6)
在设计液压位置伺服系统时，可以把它作为一个经验法则。 由图 5-3 所示的伯德图可以看出，穿越频率近似等于开环放大系数，即
ωc ≈ Kv
(5-7)
实际上ωc 稍大于Kv，而系统的频宽又稍大于ωc 。所以开环放大系数愈大，系统的
响应速度愈快。另外，开环放大系数越大，系统的控制精度也越高。所以要提高
液压伺服系统
控制元件-电液伺服阀
挡板 先导控制油腔
喷嘴
挡板一方面与力 矩马达衔铁连接， 另一方面，其穿过 两个喷嘴，与主阀 芯连接。
主阀芯
压缸停止运动。
喷嘴挡板阀的优点是结构简单、
加工方便、运动部件惯性小、反应快、
精度和灵敏度高；缺点是能量损耗大、
抗污染能力差。喷嘴挡板阀常用作多
级放大伺服控制元件中的前置级。
图7.11 喷嘴挡板阀的工作原理 1－挡板；2、3－喷嘴；4、5－
节流小孔
§7.3 电液伺服阀
电液伺服阀是电液联合控制的多 级伺服元件，它能将微弱的电气输入 信号放大成大功率的液压能量输出。 电液伺服阀具有控制精度高和放大倍 数大等优点，在液压控制系统中得到 了广泛的应用。
图7.4 速度伺服系统职能方框图
实际上，任何一个伺服系统都是由这些元件（环节） 组成的，如图7.5所示。
图7.5 控制系统的组成环节
下面对图中各元件做一些说明：
（1）输入（给定）元件。通过输入元件，给出必要的 输入信号。如上例中由给定电位计给出一定电压，作为系 统的控制信号。
（2）检测、反馈信号。它随时测量输出量（被控量） 的大小，并将其转换成相应的反馈信号送回到比较元件。 上例中由测速发电机测得液压缸的运动速度，并将其转换 成相应的电压作为反馈信号。
（5）执行元件（机构）。直接带动控制对象动作 的元件或机构。如上例中的液压缸。
（6）控制对象。如机器的工作台、刀架等。
3.液压伺服系统的分类
伺服系统可以从下面不同的角度加以分类。
（1）按输入的信号变化规律分类：有定值控制系统、程 序控制系统和伺服系统三类。
当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统，其基本 任务是提高系统的抗干扰能力。当系统的输入信号按预先给 定的规律变化时，称为程序控制系统。伺服系统也称为随动 系统，其输入信号是时间的未知函数，输出量能够准确、迅 速地复现输入量的变化规律。
《液压伺服系统控制》课件
液压装置
液压装置提供了所需的压力和 流量，确保系统正常运行。
传感器
传感器用于感知系统的状态， 以反馈给控制器，帮助实现精 确控制。
执行器
执行器根据控制信号进行动作， 驱动机械设备实现所需的运动。
液压伺服系统的控制方式
1 基于位置的控制
通过控制液压油的流量和压力来实现位置的精确控制。
2 基于速度的控制
通过控制液压油的流量来实现运动的平滑变化与调节。
3 基于力的控制
通过控制液压油的压力来实现对力的精确控制，适用于需要对外力进行响应的场景。
液压伺服系统的电控系统
电控系统是液压伺服系统中常用的控制方式之一，通过电信号控制液压系统的运行。
电控系统的概述
电控系统通过电信号控制 液压系统的各个部件，实 现对液压系统的控制和调 节。
《液压伺服系统控制》 PPT课件
液压伺服系统控制是一门关于液压伺服系统控制的课程，本课程将液压伺服 系统的基本概念与控制方法进行介绍，以及实际应用案例的分享。
液压伺服系统的概念与组成
液压伺服系统是一种通过控制液压力来实现精确控制的系统。它由液压装置、传感器、执行器等组成， 每个组件的作用都不可或缺。
常见的电控系统
常见的电控系统包括脉宽 调制（PWM）控制系统和 比例控制系统。
电控系统的引导
根据具体应用需求选择合 适的电控系统，并进行必 要的引导和操作。
液压伺服系统的传感器
传感器在液压伺服系统中起着重要作用，用于感知和测量系统的各种参数和状态。
压力传感器
压力传感器用于测量和监测液 压系统中的压力变化，提供反 馈信号给控制器。
2
液压马达
液压马达是将液压油的动能转化为机械能，产生旋转运动的执行器。
液压伺服系统
液压伺服系统液压伺服系统是以高压液体作为驱动源的伺服系统，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。
一、液压伺服系统的基本组成液压伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件组成的。
如图就是一个典型的伺服系统，该图表示了各元件在系统中的位置和相互间的关系。
（1）外界能源—为了能用作用力很小的输入信号获得作用力很大的输出信号，就需要外加能源，这样就可以得到力或功率的放大作用。
外界能源可以是机械的、电气的、液压的或它们的组合形式。
（2）液压伺服阀—用以接收输入信号，并控制执行元件的动作。
它具有放大、比较等几种功能，如滑阀等。
（3）执行元件—接收伺服阀传来的信号，产生与输入信号相适应的输出信号，并作用于控制对象上，如液压缸等。
（4）反馈装置—将执行元件的输出信号反过来输入给伺服阀，以便消除原来的误差信号，它构成闭环控制系统。
（5）控制对象—伺服系统所要操纵的对象，它的输出量即为系统的被调量(或被控制量)，如机床的工作台、刀架等。
二、液压伺服系统的分类液压伺服系统是由液压动力机构和反馈机构组成的闭环控制系统，分为机械液压伺服系统和电气液压伺服系统（简称电液伺服系统）两类。
电液伺服系统电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。
最常见的有电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力（或力矩）控制系统。
如图是一个典型的电液位置伺服控制系统。
图中反馈电位器与指令电位器接成桥式电路。
反馈电位器滑臂与控制对象相连，其作用是把控制对象位置的变化转换成电压的变化。
反馈电位器与指令电位器滑臂间的电位差（反映控制对象位置与指令位置的偏差）经放大器放大后，加于电液伺服阀转换为液压信号，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器给定的规律变化。
液压伺服系统
图10-10 电液伺服阀
二、电液伺服阀工作原理
1.力矩马达工作原理
磁铁把导磁体磁化成N、S极， 形成磁场。 线圈无电流时，力矩马达无力 矩输出，挡板处于两喷嘴中间；当 输入电流通过线圈使衔铁3左端被 图10-10 电液伺服阀 磁化为N极，右端为S极，衔铁逆时 针偏转。弹簧管弯曲产生反力，使衔铁转过θ 角。电流越大 θ 角就越大，力矩马达把输入电信号转换为力矩信号输出。
二、射流管阀
射流管阀由射流管1和接收板2组成。射流管可绕Ｏ 轴左右摆动一个不大的角度，接收板上有两个并列的接 收孔a、b，分别与液压缸两腔 相通。压力油从管道进入射流 管后从锥形喷嘴射出，经接收 孔进入液压缸两腔。 射流管偏向哪个接收孔， 油缸相应的工作腔压力提高， 缸体就向那个方向运动。
图10-8 射流Βιβλιοθήκη 阀图10-6 四边节流滑阀结构示意图
4、三种节流边的对零状态
1）负开口 （xs＜0）有较大的不灵敏区，较少采用（图10-7a）
2）正开口
（xs＞0）工作精度较负开口高，但功率损耗大，稳 定性也较差。（图10-7b） 3）零开口 （xs=0）其工作 精度最高，制造 工艺性差。（图10-7c）
图10-7 滑阀的不同开口形式
图10-3 液压伺服控制系统流程图
三、液压伺服系统分类
按输出物理量分类：位置、速度、力伺服系统
按信号分类：机液、电液、气液伺服系统
按元件分类：阀控系统、泵控系统
液压伺服系统与电气伺服系统相比优点﹕
1）体积小﹐重量轻﹐惯性小﹐可靠性好﹔
2）快速性好﹔
3）刚度大(即输出位移受外负载影响小)﹐定位准确。
跟随缸体移动到挡板两边对称位 置时，缸运动停止。
图10-9 喷嘴挡板阀
液压伺服系统控制
液压伺服控制具有下列之特性
．可多方用于不同控制系统。 ．以小能量的输入指令经放大后而得到
大的输出。 ．是一种具有反馈（Feed Back）控制。 ．可控制受控系统的动作、速度或出力。 ．对目标值可作广范的变化。
开回路与闭回路控制
图1.4(a) 传统之开回路液压控制系统
1.4 液压伺服与比例控制系统的发展与应用
液压伺服控制是一 门新兴的科学技术。它不但是液 压技术的一个重要分支．而且也是控制领域中的一个 重要组成部分。
在第一次与第二次世界大战期间及以后，由于军事 工业的刺激，液压伺服控制因响应快、精度高、功 率—重量比大等特点而受到特别的重视，特别是近几 十年，随着整个工业技术的发展，促使液压伺服与比 例控制得到迅速发展，使这门技术元论在元件与系统 分面，还是在评论与应用方面都日趋完善与成熟，形 成一门新兴的科学技术。
图1.19 动力辅助转向系統
1.2 液压伺服与比例控制的分类
一、按系统输入信号的变化规律分类 • 定值控制系统：当系统输入信号为定值时称为定值控
制系统。 • 程序控制系统：系统的输入信号按预先给定的规律变
化时，称为程序控制系统 • 伺服系统：也称随动系统，其输入信号是时间的未知
函数，而输出量能够准确、快速地复现输入量的变化 规律。
传统点到点闭回路液压控制系统
闭回路液压伺服机构
图是泵控式电液速度控制系统的原理图。该
系统的液压动力元件由变量泵和液压马达组 成，变量泵既是液压能源又是液压控制元件。
泵控式电液速度控制系统的工作原理方块图
反馈之形式
输入讯号与输出讯号关系
液压伺服位置控制系统
液压伺服速度控制系统
液压伺服速度控制系统
2 液压伺服系统
，它可以绕扭轴在a、b、c
、d四个气隙中摆动。
力矩马达 1——放大器； 2——上导磁体； 3——永久磁铁； 4——衔铁； 5——下导磁体； 6——弹簧管； 7——永久磁铁
当线圈控制电流为零时，四个 气隙中均有永久磁铁所产生的固定 磁场的磁通，因此作用在衔铁上的 吸力相等，衔铁处于中位平衡状态 。通入控制电流后，所产生的控制 磁通与固定磁通叠加，在两个气隙 中（例如，气隙a和d）磁通增大， 在另两个气隙中（例如，气隙b和c ）磁通减少，因此作用在衔铁上的 电磁力矩与扭轴的弹性变形力矩及 外负载力矩平衡时，衔铁在某一扭 转位置上处于平衡状态。
（5）执行元件（机构）。直接带动控制对象动作 的元件或机构。如上例中的液压缸。
（6）控制对象。如机器的工作台、刀架等。
液压伺服系统的分类(1/2)
3.液压伺服系统的分类
伺服系统可以从不同的角度加以分类。
（1）按输入的信号变化规律分类：有定值控制 系统、程序控制系统和伺服系统三类。
当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统， 其基本任务是提高系统的抗干扰能力。当系统的输 入信号按预先给定的规律变化时，称为程序控制系 统。伺服系统也称为随动系统，其输入信号是时间 的未知函数，输出量能够准确、迅速地复现输入量 的变化规律
动圈式力马达的线性行程范 围大（±2～4mm），滞环小， 可动件质量小，工作频率较宽， 结构简单，但如采用湿式方案， 动圈受油的阻尼较大，影响频宽 ，适合作为气压比例元件。
二、力矩马达
由上下两块导磁体、左
右两块永久磁铁、带扭轴
a
b
（弹簧管）的衔铁及套在
c
d
衔铁上的两个控制线圈所
组成。衔铁悬挂在扭轴上
液压伺服系统的分类(2/2)
液压伺服系统概述
第11章液压伺服系统概述液压伺服控制技术是液压技术中的一个分支，又是控制领域中的一个重要组成部分。
一、液压伺服系统的发展历史在第一次世界大战前，液压伺服系统作为海军舰船的操舵装置已开始应用。
在第二次世界大战期间及以后，由于军事需要，特别是武器和飞行器控制系统的需要，以及液压伺服系统本身具有响应快、精度高、功率一重量比大等优点，液压伺服系统的理论研究和实际应用取得了很大的进展，40年代开始了滑阀特性和液压伺服理论的研究，1940年底，首先在飞机上出现了电液伺服系统。
但该系统中的滑阀由伺服电机驱动，只作为电液转换器。
由于伺服电机惯量大,使电液转换器成为系统中耗时最大的环节，限制了电液伺服系统的响应速度。
到50年代初，出现了快速响应的永磁力矩马达，形成了电液伺服阀的雏形。
到50年代末，又出现了以喷嘴挡板阀作为第一级的电液伺服阀，进一步提高了伺服阀的快速性。
60年代，各种结构的电液伺服阀相继出现，特别是干式力矩马达的出现，使得电液伺服阀的性能日趋完善。
由于电液伺服阀和电子技术的发展，使电液伺服系统得到了迅速的发展。
随着加工能力的提高和液压伺服阀工艺性的改善，使液压伺服阀性能提高、价格降低。
使液压伺服系统由军事向一般工业领域推广。
目前，液压伺服控制系统，特别是电液伺服系统已成了武器自动化和工业自动化的一个重要方面。
二、液压伺服系统的工作原理液压伺服控制系统是以液压伺服阀和液压执行元件为主要元件组成的控制系统，是一种高精度的自动控制系统。
如图所示，系统由滑阀1和液压缸2组成，阀体与缸体固定，液压泵以恒定的压力P向系统供油。
当阀心处于中间时，阀口关闭，缸不动，系统静止。
当阀心右移x，则a、b处有开口x v=x,压力油进入缸右腔，左腔回油，缸体右移。
由于缸体与阀体刚性固连，阀体也随缸体一起右移，结果使阀的开口x v减小。
当缸体位移y等于阀心位移x时，缸不动。
如果阀心不断右移，缸拖动负载不停右移。
如果阀心反向运动，液压缸也反向运动。
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第十章液压伺服系统
一、名词解释
1、伺服控制
2、液压伺服控制系统
3、滑阀的压力-流量特性
4、滑阀的流量放大系数
5、滑阀的压力放大系数
二、问答题
1、液压伺服系统有由哪几部分组成？各部分的功能是什么？
2、伺服系统的基本类型有哪些？
3、为什么说伺服阀是液压伺服系统的最关键元件？
4、液压伺服阀有哪几种？滑阀式液压伺服阀与换向滑阀有什么本质区别？
5、滑阀式液压伺服阀的阀口与换向阀的阀口有什么不同？
6、电液伺服阀由哪几部分组成（以二级放大式为例）？各部分的作用是什么
7、液压仿形刀架的液压伺服系统为何将伺服滑阀的阀体和液压缸的缸体固连成一体？若将它们分成
两部分，仿形刀架能否工作？为什么？
8、何为伺服阀的零位特性？为什么零位阀系数对液压伺服系统的稳定性是至关重要的？
9、在力反馈电液伺服阀中，什么叫力反馈？力反馈是通过什么元件实现的？
三、计算题
1、已知一电液伺服阀在线性区内工作，当输入电流为20mA、伺服阀的压降为5Mpa时，输出的负载流量为60L/min，则当输入电流为100mA、伺服阀的压降为10Mpa时，其输出流量为多少？
2、如图所示的电液位置控制系统为轧机辊缝调节控制系统,它由辊缝调节螺钉1、支撑辊2、轧辊
3、板材
4、电液伺服阀
5、调整油缸
6、伺服放大器
7、同位素测厚仪8等组成。
板材经轧机连轧后由厚板变为薄板，轧后板材的厚度由测厚仪检测出来，若加工后板材的厚度与要求不符，则由电液伺服阀控制调整油缸驱动支撑辊和轧辊，调节轧辊间的距离。
写出其控制原理方块图，标明控制信号的传递过程，并说明系统工作原理。
如图所示的电液位置控制系统为轧机辊缝调节控制系统,它由辊缝调节螺钉1、支撑辊2、轧辊3、板材4、电液伺服阀5、调整油缸6、伺服放大器7、同位素测厚仪8等组成。
板材经轧机连轧后由厚板变为薄板，轧后板材厚度由测厚仪检测出来，若加工后板材的厚度与要求不符，则由电液伺服阀控制调整油缸驱动支撑辊和轧辊，调节轧辊间的距离。
写出
其控制原理方块图，标明控制信号的传递过程，并说明系统工作原理。
速度均为0.075m/s，工作进
- 1 -
给速度为0.0013m/s，启动和制动时间均为0.2s，工作台采用平导轨，静、动摩擦因数分别为fs = 0.2，fd = 0.1；工作台快进行程为0.3m，工作进给行程为0.1m。
试设计该铣床工作台给进液压系统。
- 2 -。