液压伺服控制

1液压传动系统与液压控制系统的异同：
同：液压控制技术是在液压传动技术的基础上发展起来的（介质相同、元件大部分相同、遵循的物理规律相同、融合了控制理论） 异：①目的不同（传递动力；对运动量进行精确的控制） ②组成不同（5个组成部分、开环；7个组成部分、闭环）
③设计理念不同（以静态参数设计为主；静动态结合，动为主） ④特点不同（有的缺点被放大（对污染的敏感度），有点缺点被消除（传动比））
2液压控制系统的工作原理
3液压控制系统的组成及作用： ①输入元件：（指令元件）给出输入信号(指令信号)加于系统的输入端。

②反馈测量元件：测量系统的输出并转换为反馈信号。

③比较元件：将反馈信号与输入信号进行比较，给出偏差信号。

④放大转换元件（中枢元件）：将偏差信号故大、转换成液压信号(流量或压力)。

⑤执行元件：产生调节动作加于控制对象上，实现调节任务。

⑥控制对象：被控制的机器设备或物体，即负载。

⑦液压能源装置：定压源
4液压控制系统的特点 具有负反馈的闭环控制系统
优：(1)液压元件的功率—重量比和力矩-惯量比大 可以组成结构紧凑、体积小、重量轻、加速性好的控制系统。

(2)液压动力元件快速性好，系统响应快。

(3)液压控制系统抗负载的刚度大，即输出位移受负载变化的影响小，定位准确，控制精度高。

缺：(1) 液压元件，特别是精密的液压控制元件(如电液伺服阀)抗污染能力差，对工作油液的清洁度要求高。

(2) 油温变化时对系统的性能有很大的影响。

(3) 当液压元件的密封设计、制造相使用维护不当时．容易引起外漏，造成环境污染。

(4) 液压元件制造精度要求高，成本高。

(5) 液压能源的获得和远距离传输都不如电气系统方便。

22 控制系统的分类：
⑴按系统输入信号的变化规律：定值，程序，伺服（随动），比例； ⑵按被控物理量的名称：位置，速度，力；
⑶按液压动力元件的控制方式或液压控制元件的形式：节流式（阀控），容积式（变量泵控或变量马达控），阀控系统根据液压能源型式的不同可分为恒压控制系统和恒流控制系统； ⑷按信号传递的介质的形式：机械，电液，气动。

5液压放大元件的功能（液压放大元件考了定义） 也称液压放大器，是一种以机械运动控制流体动力的元件。

将输入的机械信号（位移或转角）转换为液压信号（流量，压力）输出，并进行功率放大
6液压放大元件分为：滑阀，喷嘴挡板阀和射流管阀等 7滑阀
⑴结构分类及其特点
通道数（4、3、2）工作边数（4、2、1）凸肩数（2、3、4）预开口型式（+、0、-） ⑵滑阀的P-Q 特性方程 ⑶滑阀的静态特性曲线
流量特性曲线 压力特性曲线 压力-流量特性曲线
⑷滑阀的三个阀系数
①流量增益：定义为 ，是流量特性曲线在某一点的切线斜率，表示负载压降一定时，阀单位输入位移所引起的负载流量变化的大小，其值越大，阀对负载流量的控制就越灵敏。

直接影响系统的开环增益，对系统的稳定性，响应特性，稳态误差有直接影响。

②流量-压力系数：定义为 ，是压力-流量曲线的切线斜率冠以负号，流量-压力系数表示阀开度一定时，负载压降所引起的负载流量变化。

K 值小，阀抵抗负载变化的能力大，即阀的刚度大。

直接影响阀空执行元件的阻尼比和速度刚度。

③压力增益：定义为 ，是压力特性曲线的切线斜率，通常压力增益是指q =0时阀单位输入位移所引起的负载压力变化的大小。

此值大，阀对负载压力的控制灵敏度高。

表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力。

8三种液压放大元件的性能特点及适用场合比较 圆柱滑阀 双喷嘴挡板阀 射流管阀
①工作原理：前两者流量特性，后者能量转换和守恒定理； ②输入量：阀芯位移，挡板位移，射流管摆角； ③输出量：负载流量和压力，皆为负载压力 ④运动惯量：滑阀>射流管阀>双； ⑤响应速度：双>射流管阀>滑阀； ⑥功放系数：滑阀>射流管阀>双； ⑦抗污染能力：射流管阀>双>滑阀； ⑧适用场合：
9液压动力元件的基本概念及其分类
液压动力元件(或称液压动力机构)是由液压放大元件(液压比控制元件)、液压执行元件以及负载组成。

四种基本型式的液压动力元件：阀控液压缸、阀控液压马达、泵控液压缸、泵控液压马达。

10阀控液压缸
⑴模型组成：比例环节，积分换节，二阶振荡环节
⑵阀控缸动力机构主要性能参数为阀控液压缸的增益Kq/Ap 、液压固有频率 、液压阻尼比
①动力机构的增益速度放大系数Kq/Ap ：直接影响系统的稳定性、响应速度和精度。

提高增益可以提高系统的响应速度和精度，但使系统的稳定性变坏。

②液压固有频率 表示液压动力元件的响应速度。

③液压阻尼比表示系统的相对稳定性。

⑶提高“阀控缸”动力机构的液压固有频率 ①提高油液的体积弹性模量 ；（可通过提高供油压力来实现）②增大液压缸活塞面积③减小总压缩容积 ，主要是减小液压缸的无效容积和连接管道的容积
④减小折算到活塞上的总质量
⑷提高阻尼比（因素：总流量-压力系数K ，负载的粘性阻尼洗漱B ）①设置旁通泄漏通道②采用正开口阀，正开口阀的K 值大，可以增加阻尼③增加负载的粘性阻尼
11阀控马达动力机构数学模型（化解为最简单） 12泵控马达动力机构数学模型（化解为最简单） 13三种动力机构的性能特点比较
控制元件相同，执行元件不同（阀控缸与阀控马达）时的比较：两者的动态特性完全相同（只需做变量替换，数学模型即完全一致） 控制元件不同，执行元件相同（阀控马达与泵控马达）时的比较：两者的动态特性类似（数学模型结构一致，但参数特征不同） 阀控响应速度高于泵控（80%-90%），但能量损失大（至少三分之一），效率低；泵控工作效率高，最大效益可达90%，适应于大功率，对响应速度要求不高的系统。

14电液伺服阀的组成及个部分功能 ⑴力矩马达（或力马达）即电机转换元件—把输入的电气控制信号转换为力矩或力控制液压放大器运动； ⑵液压放大器（先导级和功率级）即机液转换元件—控制液压能源流向液压执行机构的流量或压力；
⑶反馈机构（平衡机构）--将输出级（功率级）的阀芯位移，或输出流量，或输出压力以位移，力或电信号的形式反馈到第一级或第二级的输入端，也有反馈到力矩马达衔铁组件力矩马达输入端的。

15采用反馈机构是为了使伺服阀的输出流量或输出压力获得与输入电气控制信号成比例的特性。

由于反馈机构的存在，使伺服阀本身成为一个闭环控制系统，提高了伺服阀的控制性能。

16按反馈形式可分为：
滑阀位置反馈 负载流量反馈 负载压力反馈 17典型电液伺服阀的结构及工作原理 ⑴力矩马达
⑵力反馈两级电液伺服阀（闭环）考了工作原理 （不能直接控制负载信号，因为反馈信号不是力，是滑阀的位移） 第一级液压放大器为双喷嘴挡板阀，由永磁动铁式力矩马达控制，第二级液压放大器为四通滑阀，阀芯位移通过反馈杆与衔铁挡板组件相连，构成滑阀位移力反馈回路。

⑶直接反馈两级电液伺服阀（闭环）前置级是带两个固定节流孔的四通阀（双边滑阀），功率级是零开口四边滑阀，功率级阀芯也是前置级的阀套，构成直接位置反馈
⑷弹簧对中型两极（开环）第一级是双喷嘴，第二级是滑阀，阀芯两端各有一根对中弹簧，当有控制电流输入时，对中弹簧力与喷嘴挡板阀输出的也压力相平衡，使阀芯取得一个相应的位移，输出相应流量
18电液伺服阀的性能参数（电液伺服阀考了定义）
⑴静态特性
1、压力-流量特性
2、空载流量特性
流量曲线非常有用，它不仅给出阀的极性、额定空载流量、名义流量增益，而且从中还可以得到阀的线件度、对称度、滞环、分辨率，并揭示阀的零区特性。

3、压力特性:压力特性曲线是输出流量为零(两个负载油门关闭)时，负载压降与输入电流呈回环状的函数曲线。

4、内泄漏特性
5、零漂
⑵动态特性主要是用频率响应和瞬态响应表示。

19电液比例阀的种类：根据用途分为：电液比例压力阀，流量阀，方向阀，复合阀，复合阀的功能与伺服阀类似，可以控制流量和方向，进而控制执行元件的速度。

未经改良的比例阀动特性不如伺服阀：①有死区②不带内部反馈通道，内开环，无法对阀芯位移精确控制。

20电液控制系统的设计
⑴明确设计要求。

⑵拟定控制方案，画出系统图。

⑶静态计算，确定动力元件参数，选择系统的组成元件。

⑷动态计算，确定系统组成元件的动态参数，画出方框图，计算系统的稳定性、快速性和精度。

⑸校验系统的动、静态品质，如需要，对系统进行校正。

(6)伺服油源设计。

设计开始时需要明确以下要求：
①明确被控制的物理量是什么，控制规律是恒值还是随动；②明确负载特性，即负载的类型，大小和负载的运动规律，确定负载的最大位移，最大速度，最大加速度，最大消耗功率及控制范围；③控制精度的要求；④动态品质的要求；⑤明确工作环境；⑥其他要求：如尺寸质量，可靠性，寿命及成本。

21液压伺服系统的油源与普通液压系统相比有哪些不同
⑴液压伺服油源要求是恒压源，可采用定量泵+溢流阀或恒压变量泵两种形式。

⑵液压伺服油源在泵出口油路上要设置精密滤油器。

⑶液压伺服油源需要设置专门的冷却回路，对油液的温度进行控制。