液压伺服系统工作原理
液压伺服系统工作原理
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
数控液压伺服控制系统工作原理及在冲压工艺中的应用
实现 自动化的控制要 求。 （ ４ ）易于 实现防爆功 能。液压缸 与步进 电动 机均有多规格 、多类型防爆 产品，使得数字液压缸 应用于矿山机械等领域成为可能 ，只需要选择合适
的 产 品 配型 即 可 使用 。
计 算机 或Ｐ Ｌ Ｃ 发 出数字脉 冲信 号来 控制步进 电动
机 ，进而达到控制液压缸运动的 目的 。 数字油缸有如下独特功能 ：
螺母保持相 同转速 ，二者之 间无相对旋转运动与轴
向直 线 运 动 ，阀 芯 开 口大小 不变 ，此 时 阀 芯开 口处
的流量不变 ，活塞杆以原有的运动速度进行移动 。 当ｖ 相 对 ＞ ０ 时 ，阀芯 、反馈滚 珠丝杠在轴 向上保 持原有方 向的直线运 动 ，使 阀芯开 口增大 ，进而使 流量增大 ，推动活塞杆 、丝杠及反馈滚珠螺母加速 运动 ，使得 相 对 不断减小 ，直至 相 对 变为零。
对其他规格钢管进行弯制时 ，每次 弯管前重复
调整的过程即可 ：①根据钢管外径调整每 层弧形辊
・
参磊
６ １
活塞向右移动 ，且随着 阀芯开 口的增大 ，活塞的移 动速度会逐 渐加快 ；活塞杆上的丝杠螺母与丝杠组
成 丝杠 运 动副 ，所 以 活 塞 杆 向 右运 动 时 ，丝 杠 会 与
长弯头就压人多长 ，方便快捷 。固定轴头和转动辊 身之 间采用轴承 ，垂直受压 ，受力合理 ，延长 了弧
形辊的使用寿命 。
成本提 高工效的有力措施 ，这种方法我们 已经在全
公司范 围内推广应用 ，广泛应用于国内外的冶金、 矿 山机 械产 品的 配管制作 中 ，具 有极好 的社会 效
益 。ＭＷ （ ２ ０ １ ３ ０ ８ ２ ３ ）
数控液压伺服控制系统Байду номын сангаас作原理及在 冲压工艺中的应用
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。
液压伺服与比例控制系统课件
液压比例控制系统的优缺点
缺点
容易出现泄漏和污染：液压系统存在一定的泄漏和污染问题，需要采取措施进行防护。
对温度和压力变化敏感：液压系统的性能受到温度和压力变化的影响较大，需要进行补偿和 调整。
04
液压伺服与比例控制系统的设计 与应用
缺点
维护成本高、液压油易污染、温 度变化影响大、管道复杂、对油 液清洁度要求高等。
03
液压比例控制系统的工作原理
液压比例控制系统的组成
控制器
用于接收输入信号，并生 成控制指令。
执行器
根据控制器的指令，驱动 液压比例阀，以实现对流 量的控制。
反馈传感器
监测执行器的位置或速度 ，将其转化为电信号反馈 给控制器，以形成闭环控 制。
促进工业技术创新
液压伺服与比例控制系统的发展推动了工业技术的创新， 为工业生产带来了更多的可能性，为工业发展注入了新的 动力。
改变工业生产模式
液压伺服与比例控制系统的应用改变了传统的工业生产模 式，实现了更加智能化、网络化的工业生产，为工业发展 带来了新的机遇和挑战。
THANKS
感谢观看
液压伺服与比例控制系统的安全操作规程
在操作前阅读使用手册，按照手册要 求进行操作。
检查液压系统的各个部件是否正常， 无泄漏和损伤。
在操作过程中，不要在危险的情况下 进行操作，如设备故障、人员伤害等 。
在操作过程中，要注意安全保护措施 ，如佩戴安全帽、安全手套等。
06
液压伺服与比例控制系统的发展 趋势及未来展望
液压比例控制系统的分类
按控制方式
开环控制、闭环控制。
按液压执行元件
伺服液压缸原理
伺服液压缸原理
伺服液压缸是一种通过液压力来实现精确位置控制的装置。
它由液压缸和伺服控制部分组成。
液压缸是伺服液压系统的执行部分，它包括液压缸筒、活塞以及密封件。
液压缸筒是一个金属筒体，内部衬有涂层来减少摩擦；活塞则是一个固定在筒内的圆柱体，通常由钢制成。
液压缸的密封件主要包括密封圈和密封垫，用于防止液压油泄露。
伺服液压系统通过控制压力和流量来控制液压缸的活塞位置，从而实现所需的运动。
具体来说，伺服控制部分会感知到外部的位置信号，并将其转化为电信号。
然后，这些电信号会经过信号处理部分，计算出所需的压力和流量，并通过控制阀门来实现液压系统的输出。
液压系统会将液压油送入液压缸，使活塞向所需的位置移动。
伺服液压系统具有快速响应、高精度和高稳定性的优点。
它可以广泛应用于工业生产中的定位、自动化控制和机器人技术等领域。
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
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)
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液压伺服系统工作原理
液压伺服系统.
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。
液压伺服控制是复杂的液压控制方式。
液压伺服系统是一种闭环液压控制系统。
液压伺服系统结构
输入元件给出输入信号,加于系统的输入端。
反馈测量元件测量系统的输出量，并转换成反馈信号。
输入元件和反馈测量元件都可以是机械的，电气的,液压的或其组合。
比较元件将反馈信号与输入信号进行比较,产生偏差信号加于放大装置，。