第6讲 液压马达伺服系统
第6讲 液压马达伺服系统
机械工程系机电教研室
Wenzhou Vocational & Technical College
第6讲 液压马达伺服系统
一、液压马达速度伺服系统原理及特点
应用广泛： 应用广泛：
ei
eg
原动机调速、 原动机调速、 f 机床进给装置的速度控制 测速发电机 雷达天线 炮塔 转台 局部速度反馈（提高刚度、减小参数变化，提高精度） 局部速度反馈（提高刚度、减小参数变化，提高精度）
ei 信号 发生 比较 ef eg 积分 放大器 vp 液压 马达
∆i 电伺
服放 大器
伺 服 阀 位移传感器
液 压 缸
变 量 泵
测速发电机
泵控闭环速度控制系统组成原理框图 变量伺服机构的惯性很小，阀控缸可看成是积分环节， 变量伺服机构的惯性很小，阀控缸可看成是积分环节，变量伺服 可看成是积分环节 机构基本上可看成是比例环节 动态由泵控马达决定。 基本上可看成是比例环节， 泵控马达决定 机构基本上可看成是比例环节，动态由泵控马达决定。
e
直流 放大器
∆i
伺服阀
液压 马达
θm
液压马达速度伺服系统是工程上常用的伺服控制系统,它 具有响应速度快、功率/重量比大、负载刚性高和性能价格比 高等特点,能实现高精度、高速度和大功率的控制,因此在航空 航天、冶金、船舶、机床、动力设备和煤矿机械等工业领域得 到了广泛采用,如用于飞机发动机转速模拟系统、大型雷达天 线、火炮自动跟随系统、注塑机和油压机等。 但随着使用要求的进一步提高,如高响应和高效率,在原来 泵控马达速度伺服和阀控马达速度伺服系统的基础上,又出现 了阀泵联合控制的马达速度伺服系统,这是液压马达速度伺服 系统发展的一种趋势。
（四）阀控液压马达速度伺服系统
串联阀控液压马达速度伺服系统
（四）阀控液压马达速度伺服系统
节流式并联阀控液压马达速度伺服系统
（四）阀控液压马达速度伺服系统
补油式并联阀控液压马达速度伺服系统
（五）阀泵串联控制液压马达速度调节系统
（六）液压马达速度伺服系统结构与性能比较
泵控闭环速度控制系统组成原理框图 1）变量伺服机构的液压缸本身含有积分环节，系统型式不变（相 ）变量伺服机构的液压缸本身含有积分环节，系统型式不变（ 对型式（ 而言） 对型式（二）而言） 2）积分环节在后面，伺服阀零漂和斜盘力等引起的静差仍然存在 ）积分环节在后面， 3）变量机构开环控制，抗干扰能力差，易受零漂、摩擦等影响 ）变量机构开环控制，抗干扰能力差，易受零漂、
与开环速度控制系统相比,它增加了一个主反馈通道 和一个积分放大器，构成了Ⅰ型系统，因此其精度远比 开环系统为高。缺点是系统构成较复杂，成本高，设计 难度大。
（三）不带位置环的泵控闭环速度控制系统
ei 信号 发生 比较 ef eg 比例 放大器 伺 服 阀 液 压 缸 变 量 泵 液压 马达
θm
测速发电机
为了解决快速性和系统效率之间的矛盾，将阀控( 调节时间短和超调小)和泵控(较高的系统效率)结合起 来联合控制是现今液压马达速度伺服系统发展的一种 趋势。这种阀泵同时控制的系统在动态调节过程中利 用阀控输出保证动态性能，在稳态调节时主要利用泵 控输出进行功率调节，因而这种系统在保证快速性的 同时具有较高的效率。
（一）泵控开环速度控制系统
ei 信号 发生 比较 eg 电伺服 放大器 vp
∆i
伺感器
泵控开环控制系统组成原理框图
用位置闭环系统间接地控制马达转速，开环控制受负载和温度变化 用位置闭环系统间接地控制马达转速， 的影响较大，控制精度较差。 的影响较大，控制精度较差。
二、液压马达速度伺服系统的分类 液压马达速度伺服系统的基本类型有泵控(容积控 制)和阀控(节流控制)系统两种。 泵控效率高,但由于斜盘变量机构的结构尺寸及惯 量大,因此动态响应慢，适用于大功率和对快速性要 求不高的场合；阀控由于采用伺服阀或比例阀控制， 动态响应快，但效率低，适用于对快速性要求高的中 小功率场合。
为了改善精度,可以采用压力反馈补偿，用压力传感器检 测负载压力，作为第二指令输入变量泵伺服机构，使变量泵 的流量随负载压力的升高而增加，以此来补偿变量泵驱动电 机转差和泄漏所造成的流量减少。由于这个压力反馈是正反 馈,因此有可能造成稳定性问题，在应用时必须注意。
（二）带位置环的泵控闭环速度控制系统
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。
液压伺服系统工作原理及实例
仿
v合
v仿
v纵
b
a
反
形
馈
刀
是
架
进给运动示意图
机
械
反
馈
4、液压伺服控制系统举例
? (2)电液位置伺服控制系统
该系统控制工作台的位置,使 之按照指令电位器给定的规律 变化.指令电位器将滑臂的位置 指令Xg转换成电压Ug. 工作台 位置Xf由反馈电位器检测,转换 成电压Uf.两个电位器接成桥式 回路,电桥的输出电压△U＝Ug －Uf＝K(Xg－Xf),K电位器增益. 当工作台位置Xf与指令位置Xg 一致时,Xf＝Xg,即△U＝0.
xi 液压伺服系统原理图
2、液压伺服系统的构成
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,该元
件一般不单独存在。
液压能源
执行结构是液压缸或液压马达。
+
转换器 位移力 -
前置放大级
功率放大级 (滑阀)
输出 流量 压力
反馈机构
电液伺服阀的基本构成
3、电液伺服阀
? 电液伺服阀的类型和结构很多,但是,都是由电气机械转换器 和液压放大器所构成。
? 电气机械转换器也成“力马达”或“力矩马达”,它将输入 的电信号(电流或电压)转换成力或力矩输出,去操纵阀芯的位 移。
输入 元件
比较元件 +
-
转换放大装置将偏
转换放 大装置
液压执 行元件
控制 对象
差信号的能量形式进 行变换并加以放大。
反馈测 量元件
液压伺服控制液压动力元件
K ps
Kq K ce
ωr——惯性环节的转折频率
r
K ce k
Ap
2
1
k kh
K ce
Ap 2
1 k
1 kh
稳态时阀输入位移所引起的液压缸活塞的输出位移
外负载力作用所引起的活塞输出位移的减小量
k 1 时 kh
xp
Kq Ap
xv
K ce Ap 2
4
Vt
eK
ce
s 1FL
s
K ce k Ap 2
s2
总流量 = 推动活塞运动所需流量 + 经过活塞密封的内泄漏流量 + 经过活塞杆密封处的外泄漏流量 + 油液压缩和腔体变形所需的流量
4
流入液压缸进油腔的流量：
Q1
Ap
dx p dt
V1
e
dp1 dt
Ci ( p1
p2 ) Ce p1
从液压缸回油腔流出的流量：
Ap
Q2
Ap
dx p dt
V2
e
dp2 dt
V1 Ap
比例，其作用相当于一个线性液压弹簧，
V
总液压弹簧刚度为：
V2
F
kh
e
Ap
2
1 V1
1 V2
压力P
V左
总液压弹簧刚度是液压缸两腔液压弹簧刚度的并联。
18
当活塞处在中间位置时，液压弹簧刚度最小，当在两端时，V1 或V2为零，液压弹簧刚度最大。 液压弹簧与负载质量相互作用所构成系统的固有频率，中间位
QL Kq xv Kc pL
QL
Apsx p
( Vt
4e
s Ct ) pL
Ap pL (M t s2 Bps k )x p FL
《电液伺服系统》课件
介绍电液伺服系统的定义、组成、工作原理，控制元件的种类，动作元件的 特点，系统调试与维护，以及应用场景、优势、发展前景。
概述
电液伺服系统是控制和调节液压机械运动的先进系统，由动力元件、控制元件和动作元件组成，能够实现高效、 精确的运动控制。
动力元件
液压泵
将输入的机械能转换为液压能，提供压力和流 量。
液压马达
将液压能转化为旋转运动，驱动液压机械的转 动部分。
系统调试与维护
1
Байду номын сангаас
系统调试
调试前的准备工作，调试流程和步骤，确保系统正常运行。
2
系统维护
维护前的准备工作，维护周期和方法，延长系统的使用寿命。
应用场景
• 工业生产自动化 • 船舶与海洋工程 • 机床与自动化装备 • 飞行器和航天器
结语
电液伺服系统具有精确控制、高效能转换等优势，未来的发展前景广阔。
液压马达
将液压能转换为机械能，驱动液压机械的运动。
控制元件
比例控制阀
通过调节液压系统中的流量 比例，实现运动速度和位置 的精确控制。
压力控制阀
根据系统需求，控制液压系 统中的压力水平，确保系统 的安全运行。
流量控制阀
调节液压流量大小，实现对 液压元件的精确控制。
动作元件
液压缸
将液压能转化为机械线性运动，用于推动、拉 动或举升物体。
第六章：伺服系统(6学时)PPT课件
四、常见三种电气伺服驱动装置的特点：
1、步进电机（Stepping Motor）
✓转角与数字脉冲成比例，可构成直接数字控制 ✓构成廉价的开环系统 ✓控制系统控制较简单
2、直流伺服电机(DC Servo Motor)
✓高响应、高功率密度 ✓可实现高精度的数字控制 ✓换向器件需维护
3、交流伺服电机(AC Servo Motor)
对于直线移动的工作台，折算到丝杠轴的转动惯量为：
J
M
(
p
2
)2
丝杠轴折算到电机轴的转动惯量为：
J
1 i2
J
z
2
Js
p M(
2
)
2
因此，折算到电机轴的等效转动惯量Jd为：
Jd
Jm
J z1
1 i2
J
z
2
Js
M
(
p
2
)
2
对于齿轮齿条传动的工作台，折算到驱动轴的转动惯量为：
J M R 2 R为齿轮分度圆半径
TN
Jm
d
dt
因此，比功率为：
dP dt
TN2
/
Jm
2、快速性好；调速范围宽（1：1000以上）；适应启停频繁的工作要 求等。
6
§ 6.2 步进电机伺服驱动
一、步进电机工作原理
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的电气执行元件，电机绕组每接 受一个脉冲，转子转过相应的角度（即步距角），低频率运行时，明显 可见电机轴是一步一步转动的，故称为步进电动机。
适用范围：空压伺服、步进电机伺服、 交流直流伺服、液压伺服
2
三、伺服系统基本要求
精度 指输出量复现输入指令信号的精确程度，通常用稳态误差表示
伺服系统课件
伺服系统课件伺服系统课件伺服系统是一种广泛应用于各种机械设备中的控制系统，它具有高精度、高可靠性和高响应速度等特点。
在现代工业中，伺服系统被广泛应用于机床、机器人、自动化生产线等领域。
为了更好地理解和掌握伺服系统的原理和应用，许多学校和培训机构都开设了相关的课程，并提供相应的课件。
一、伺服系统的基本原理伺服系统的基本原理是通过对输出信号和反馈信号进行比较，控制执行机构的运动，使其达到预定的位置、速度或力矩。
伺服系统通常由控制器、执行机构和反馈装置组成。
控制器负责接收输入信号，并根据反馈信号进行控制算法的计算，然后输出控制信号给执行机构。
执行机构根据控制信号的变化来调整自身的运动状态。
反馈装置负责采集执行机构的运动信息，并将其反馈给控制器，以便控制器进行调整。
二、伺服系统的应用领域伺服系统在各个领域都有广泛的应用。
在机床领域，伺服系统可以实现高精度的切削加工，提高加工质量和效率。
在机器人领域，伺服系统可以实现机器人的精确定位和运动控制，使机器人能够完成各种复杂的任务。
在自动化生产线领域，伺服系统可以实现产品的高速运输和精确定位，提高生产效率和质量。
三、伺服系统的优势和挑战伺服系统相比于传统的开环控制系统具有许多优势。
首先，伺服系统具有高精度和高可靠性，可以实现对输出位置、速度和力矩的精确控制。
其次，伺服系统具有高响应速度，可以快速调整执行机构的运动状态，适应快速变化的工作环境。
此外，伺服系统还具有较低的能耗和噪音，能够提供更加舒适和安静的工作环境。
然而，伺服系统也面临一些挑战。
首先，伺服系统的设计和调试较为复杂，需要专业的知识和技能。
其次，伺服系统的成本较高，对于一些小型企业和个人来说，可能难以承受。
此外，伺服系统对环境的要求较高，对温度、湿度和电磁干扰等因素都有一定的限制。
四、伺服系统课件的设计和应用为了帮助学生更好地理解和掌握伺服系统的原理和应用，许多学校和培训机构都开设了相关的课程，并提供相应的课件。
伺服系统概述
第6章 机电一体化伺服控制技术
６．１ 伺服系统概述
６．１．４ 伺服系统的分类
２．按驱动元件的类型分类 按驱动元件不同，伺服系统可分为电气伺服系统、气动伺服系统、液压伺服系统，其特点及优 缺点如表６-１所示。
表６-１ 伺服系统的特点及优缺点
第6章 机电一体化伺服控制技术
６．１ 伺服系统概述
６．１．４ 伺服系统的分类
１．系统精度 伺服系统精度指的是输出量 复现输入信号要求的精确程度。
２．稳定性 伺服系统的稳定性是指当作用在
系统上的干扰消失以后，系统能够恢 复原来稳定状态的能力
３．响应特性 响应特性指的是输出量跟随 输入指令变化的反应速度，决定 了系统的工作效率。
４．工作频率 工作频率通常是指系统允许输
入信号的频率范围。
（４）可靠的电动机 过热保护。
（５）丰富的选件。
第6章 机电一体化伺服控制技术
６．１ 伺服系统概述
６．１．１ 伺服系统相关概念
４．伺服放大器和运动控制器 伺服放大器由给伺服电动机供电的功率放大器和闭环控制用的 调节器组成。
第6章 机电一体化伺服控制技术
６．１ 伺服系统概述
６．１．２ 对伺服系统的基本要求
６．１ 伺服系统概述
６．１．１ 伺服系统相关概念
３．伺服电动机 电动机是驱动机器运动的动力来源。伺服电动机的特点如下。
（１）转 速性能好，调速范围大 。
（３）电动机寿命长， 防护等级高。
第6章 机电一体化伺服控制技术
６．１ 伺服系统概述
６．１．１ 伺服系统相关概念
图６-３ 闭环控制伺服系统
第6章 机电一体化伺服控制技术
６．１ 伺服系统概述
６．１．４ 伺服系统的分类
液压伺服系统培训讲稿
伺服系统培训讲稿液压伺服机构是根据液压传动原理建立起来的控制系统。
在这种系统中，执行元件的运动随着控制机构的信号改变，因而伺服系统又称为随动系统。
由于它具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、出力大、刚性好、响应快和精度高等特点，因而在工业上获得了广泛的应用。
第一节液压伺服系统的工作原理一、液压伺服系统的工作原理图9-1所示为某机液位置伺服系统的原理。
它是一个具有机械反馈的节流型阀控缸伺服系统。
它的输入量（输入位移）为伺服滑阀阀芯3的位移，输出量（输出位移）为液压缸的位移。
图中液压泵2和溢流阀1构成恒压油源。
滑阀的阀体4与液压缸为一体，组成液压伺服拖动装置。
当阀芯处于中间位置时，各阀口均关闭，液压缸不动，系统处于静止状态。
给伺服滑阀阀芯一个输入位移x i，阀口a、b便有一个相应的开口量x b，使压力油经阀口b进入液压缸的左腔，其右腔油液经阀口a回油池，液压缸在压力的作用下左移x b，因而阀体也右移x o使阀口关闭，液压缸停止运动，从而完成液压缸输出位移对伺服滑阀输入位移的跟随运动。
若伺服滑阀反向运动，液压缸也作反向跟随运动。
这就是液压伺服系统的工作原理。
二、液压伺服系统的特点1）跟踪——液压伺服系统是一个位置跟随系统。
输出位移自动地跟随输入位移的变化规律而变化，体现为位置跟随运动。
2）反馈——液压伺服系统是一个负反馈系统。
输出位移之所以能够精确地复现输入位移的变化，是因为控制滑阀的阀体和液压缸体固连在一起，构成一个负反馈控制通路。
液压缸输出位移，通过这个反馈通路回输给滑阀阀体，并与输入位移相比较，从而逐渐减小和消除输出位移之间的偏差，直到两者相同为止。
因此负反馈环节是液压伺服系统中必不可少的重要环节。
3）放大——液压伺服系统是一个功率放大系统。
推动滑阀阀芯所需的力很小，只需几牛顿到几十牛顿，而系统的输出功率却可以很大，可带动较大的负载运动。
第二节 液压伺服元件和应用液压伺服阀在液压伺服系统中起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用。
液压马达伺服系统
串联阀控液压马达速度伺服系统
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（四）阀控液压马达速度伺服系统
节流式并联阀控液压马达速度伺服系统
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（四）阀控液压马达速度伺服系统
补油式并联阀控液压马达速度伺服系统
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（五）阀泵串联控制液压马达速度调整系统
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（六）液压马达速度伺服系统构造与性能比较
与开环速度控制系统相比,它增长了一种主反馈通道 和一种积分放大器，构成了Ⅰ型系统，所以其精度远比 开环系统为高。缺陷是系统构成较复杂，成本高，设计 难度大。
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（三）不带位置环旳泵控闭环速度控制系统
ei
信号 发生
比较 eg
ef
百分比 放大器
伺
液
变
服
压
量
阀
缸
泵
m 液压 马达
测速发电机
泵控闭环速度控制系统构成原理框图 1）变量伺服机构旳液压缸本身具有积分环节，系统型式不变（相 对型式（二）而言） 2）积分环节在背面，伺服阀零漂和斜盘力等引起旳静差依然存在 3）变量机构开环控制，抗干扰能力差，易受零漂、摩擦等影响
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（四）阀控液压马达速度伺服系统
液压伺服马达(摆动油缸)
当今工业世界，随着伺服控制技术广泛的应用和发展，液压伺服马达作为 电液伺服系统中的一个独立的、重要的执行元件已经成为一个新型工业产品越 来越多地为工业自动化服务。它是将液压能转换成机械能，主要由轴、键、壳 体、支架、端盖及插头座等组成。其品质优劣直接决定了伺服系统的动态响应 能力、静态控制精度和系统稳定性。 一、HYM 系列液压伺服马达是根据伺服控制系统的品质要求设计制造的。其主 要结构性能特点如下： 1、结构紧凑，外形尺寸小。2、运动平稳，噪声小。3、负载转矩较小。4、摩 擦力小、启动电流小。 5、旋转直驱，降低系统结构复杂度。6、高动态响应。
二、液压伺服马达选型指南 1、输出轴连接形式分为：平键式、花键式。 2、连接支承形式分为：支座式、法兰盘式。 3、伺服阀安装形式分为：直接安装、转接座安装、集成块安装。 4、输出轴直径 d 应按设计要求在图纸中明示。 5、性能指标 5.1 额定工作压力
液压伺服马达的工作压力为（1~31.5）MPa。 5.2 最低启动压力
产品型号
产品代码 HYM
D 缸内θ1 输出杆直径（mm）
θ0(工作行程）
θ1（附加行程）
设计参数
额定工作压力（MPa）（必填）
载荷类别（必填）
D 动载荷 □ J 静载荷 □
负载
最大输出力距（KN.m)
（必填）
动载质量（Kg)
轴向力（KN)（必填）
径向力（KN)（必填）
5.9 内漏 在空载额定压力条件下，液压伺服马达两工作腔间油液的内部泄漏量称内漏，用 L/min 表示。航宇智星公司设计制造的液
压伺服马达的最低内漏≤0.5mL/min。 5.10 静压密封性
液压伺服马达两工作腔在 2 米高液柱的静压作用下，静置 24 小时后，不得有明显的外部泄漏（允许湿润，不允许滴下）。 5.11 超压密封性