1、1 液壓伺服控制系統的工作原理及組成液壓伺服控制系統的工作原理及組成 液壓伺服控制的分類液壓伺服控制的分類 液壓伺服控制的優缺點液壓伺服控制的優缺點 液壓伺服控制的發展和應用液壓伺服控制的發展和應用本章主要內容為本章主要內容為 ：第一章第一章 緒論緒論2流體傳動及控制學科流體傳動及控制學科機械機械- -電子電子- -液壓一體化的綜合學科液壓一體化的綜合學科有壓流體的流動實現了功率的傳送及傳遞。有壓流體的流動實現了功率的傳送及傳遞。 借助計算機及其它電子元件借助計算機及其它電子元件, 流體控制元流體控制元 件和件和 動力元件實現了對動力的傳送、傳遞和高精度動力元件實現了對動力的傳送、傳遞和高精度

2、 的控制。的控制。流體傳動及控制學科定義流體傳動及控制學科定義泵泵（能量轉換）（能量轉換）控制元件控制元件執行元件執行元件（能量轉換）（能量轉換）機械能機械能壓力能壓力能MFvpQpQMFv3密閉容器主動柱塞從動柱塞流體介質負載負載 F2面積面積 A2面積面積 A1壓力壓力 p主動力主動力 F14密閉容器主動柱塞從動柱塞流體介質負載負載 F2面積面積 A2面積面積 A1壓力壓力 p主動力主動力 F1 v1 v2Q5學習本門課的目的 熟悉、理解并掌握液壓控制元件的基本特性 熟悉、理解并掌握液壓系統設計的基本方法和步驟。 具備從事液壓系統設計工作的基本能力和進一步學習的基礎。6課程內容課程內容 液

3、壓放大元件液壓放大元件 液壓動力元件液壓動力元件 機液伺服系統機液伺服系統 電液伺服閥電液伺服閥 電液伺服系統及設計電液伺服系統及設計7考核方式考核方式 作業（作業（20%） 期末考試（閉卷考試期末考試（閉卷考試80分）分） 其它規定按學校文件執行其它規定按學校文件執行81.1 1.1 液壓伺服控制系統的工作原理及組成液壓伺服控制系統的工作原理及組成一、液壓伺服控制系統的工作原理一、液壓伺服控制系統的工作原理二、液壓伺服控制系統的組成二、液壓伺服控制系統的組成91)1)采用采用電壓比較電壓比較的的液壓液壓工作臺位置控制系統工作臺位置控制系統傳感器1被控對象傳感器2比較元件執行元件放大元件指令元

4、件10控制系統組成：被控對象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動力元件（閥、缸）UiEUP指令指令Xi液壓動力元件液壓動力元件放大元件112)2)采用采用電壓比較電壓比較的的電動電動工作臺位置控制系統工作臺位置控制系統傳感器1被控對象傳感器2比較元件執行元件放大元件指令元件12電動力元件電動力元件UiEUP指令指令Xi電機電機控制系統組成：被控對象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動力元件（可控硅、電機）將液壓動力元件（伺將液壓動力元件（伺服閥、缸）換成電動服閥、缸）換成電動力元件（可控硅與電力元件（可控硅與電動機）動機）133)3)采用采用力比較力比較的的液壓液壓工作臺位置控制系統工作臺

5、位置控制系統指令傳感器指令傳感器K1反饋傳感器反饋傳感器K2F1F2F1=Xi*K1F2=Xp*K214液壓動力元件液壓動力元件采用力比采用力比較方式，用彈簧較方式，用彈簧作為位移作為位移-力傳力傳感器，以閥芯作感器，以閥芯作為力比較元件。為力比較元件。DF指令指令XiF1F1F2F2指令傳感器指令傳感器反饋傳反饋傳感器感器154)4)采用采用直接位置比較直接位置比較的的液壓液壓工作臺位置控制系統工作臺位置控制系統指令元件與閥芯相連指令元件與閥芯相連受控對象與閥套相連受控對象與閥套相連Xi=X芯芯Xp=X套套16閥芯與閥套閥芯與閥套采用閥芯閥采用閥芯閥套直較方式套直較方式Xv指令指令XiX芯芯

6、X套套指令傳感器指令傳感器反饋傳反饋傳感器感器17 ps p0p1p2Aqq xy c5) 計算機控制電液位置控制系統計算機控制電液位置控制系統18計算機控制電液位置控制系統計算機控制電液位置控制系統原理框圖原理框圖信號信號發生發生19XPXi6) 飛機舵機機液控制系統飛機舵機機液控制系統pS比較杠桿比較杠桿XPXV20手手XiXVXPXiXVXV =X1 -X2L2L1+ L2X1L1L2Xi-X2L1L2L1L1+ L2X1X221液壓動力元件液壓動力元件指令指令XiXV1212XPXipS比較杠桿比較杠桿XV22y27) 電液仿形控制系統電液仿形控制系統測量傳感器2測量傳感器1y1 ps

7、 p0p1p2Aqq x 比較元件與調節器23 閉環控制系統由閉環控制系統由開環控制（動力）和和負反饋裝置兩部分組成；兩部分組成； 負反饋裝置由由比較元件、測量反饋元件、調節器比較元件、測量反饋元件、調節器構成；構成； 開環控制部分由由放大元件（放大元件（電液伺服閥電液伺服閥）、能量轉換元件（）、能量轉換元件（缸缸）、負）、負載載構成；構成； 指令元件指令元件通過閉環系統控制通過閉環系統控制被控對象被控對象，使被控位移，使被控位移跟蹤指跟蹤指令位移令位移 。電液仿形控制系統原理框圖電液仿形控制系統原理框圖指令指令元件元件其余部分為負反饋裝置24二、液壓伺服控制系統的組成二、液壓伺服控制系統的組

8、成輸入元件輸入元件反饋測量元件反饋測量元件比較元件比較元件放大轉換元件放大轉換元件執行元件執行元件控制對象控制對象校正裝置校正裝置液壓能源裝置液壓能源裝置251.2 1.2 液壓伺服控制的分類液壓伺服控制的分類一、按輸入信號分類：一、按輸入信號分類： 1 定值控制系統：其本任務是抗干擾性 2 程序控制系統：按給定規律變化 3 伺服控制系統：隨動（穩定、準確、快速）二、按被控物理量分類：二、按被控物理量分類： 1 位置控制系統； 2 速度控制系統； 3 力控制系統：驅動力控制系統、負載力控制系統 4 加速度控制系統 5 壓力控制系統26 三、按液壓動力元件的控制方式或液壓控制元件的形式分類：三、

9、按液壓動力元件的控制方式或液壓控制元件的形式分類： 1)節流式（閥控式）控制系統 閥控液壓缸系統、閥控液壓馬達系統 恒壓伺服系統、恒流伺服系統（結構簡單、價廉、效率 高但閥的線性度差，用于系統性能要求不高的場合） 優點：響應速度快、控制精度高、結構簡單 缺點：效率低 2)容積式（變量泵控制或變量馬達控制）控制系統 伺服變量泵系統、伺服變量馬達系統 優點：效率高 缺點：響應速度較慢、結構復雜，操縱變量機構需要單 獨的能源27四、按控策略分類：四、按控策略分類： 一般控制系統、串級控制系統、自適應控制系統等。五、按信號傳遞介質的形式分類：五、按信號傳遞介質的形式分類： 1)機械-液壓 控制系統 優

10、點：結構簡單、工作可靠、維護簡便 缺點：校正、增益調整不方便，摩擦間隙 應用：響應和精度要求不是很高的位置控制系統 2)電氣-液壓控制系統 優點：綜合電氣與液壓的優點：對信號的測量、校正、放大比較方便，且響應速度快，抗負載剛度大 3)氣動-液壓控制系統。 偏差信號的檢測和初始放大均采用氣動元件完成 優點：氣動測量靈敏度高、工作可靠、可在惡劣的環境中工作、結構簡單 缺點：需要氣源等附屬設備此外還有此外還有模擬控制系統、數字控制系統模擬控制系統、數字控制系統之分之分 。28一、液壓伺服控制的優點一、液壓伺服控制的優點轉動：轉動： 電機：同功率時電機：同功率時慣性大慣性大-響應慢響應慢； 液壓馬達：

11、同功率時液壓馬達：同功率時慣性小慣性小-響應快響應快。直線運動：直線運動： 電傳動：電傳動：齒輪齒輪+齒條齒條+電機電機-慢、難慢、難； 液壓缸驅動：液壓缸驅動：-快、易快、易。29 設有一充滿流體的密閉容腔, 其內流體容積 V =1L, 其內壓力p =10MPa, 設將其內的能量在時間間隔 t = 0.1Sec內釋放出來我們可計算出此間的平均功率N為:W101001 . 01011010336tpV1)1)適應于功率大的場合適應于功率大的場合302)2)適應于要求剛度大、響應快的場合適應于要求剛度大、響應快的場合 設有一液柱如圖 所示，其液柱剛度 K 和液柱的固有頻率可由下兩式計算：KEAV

12、2 KMEAMV2 通常, 液體的體積模量E=2.1109Pa, 當A= 3.8510-3m2，V=3.8510-4m3，M=20kg時, 液柱剛度 K 和液柱固有頻率分別為KEAV29324721 10385 10385 1080810.( .).(N/ m) KM80810202010 13207.( / s)HzLM L=0.1m D=70mm313)3)液壓伺服系統抗負載的剛度大液壓伺服系統抗負載的剛度大1）液壓剛度高，允許較大的開環放大系數，故高精度，高響應。 2）油液的可壓縮性很小，泄露也很小，故速度剛度大，組成閉環時位置剛度也大。可采用開環控制 電動機的位置剛度接近于零，只能采用

13、閉環控制。 氣動系統由于氣體可壓縮性的影響，其剛度只有液壓系統1/400。324)4)適應于要求自動化程度高適應于要求自動化程度高, , 要求控制精度高的場合要求控制精度高的場合流體傳動及控制由于其控制部分直接采用電控件，易于電控及計算機控制、可柔性大；由于系統剛度高，又可引入閉環控制元件，易于達到高精度的控制。 在大型設備、自動化程度高的設備，一方面要求功率大，另一方面要求精度高，由于現代化要求生產速度快、生產程序靈活，因此，機-電-液一體化系統變成為了首選。 在軍工設備方面上也是如此。可實現無人化工作，可實現無人化工作，控制精度可達控制精度可達0.1m以上以上335)5)其它優點其它優點潤

14、滑性好，壽命長 調速范圍寬，低速穩定性好 能量存儲較方便（蓄能器） 過載保護容易 易冷卻34二、液壓伺服控制的缺點二、液壓伺服控制的缺點1) 元件元件制造精度高制造精度高, 通常機械精度為微米級通常機械精度為微米級, 故故對顆粒雜質的過濾要求高對顆粒雜質的過濾要求高, 這一點今天在這一點今天在技術上技術上已不已不存在任何困難，但系統存在任何困難，但系統造價高造價高； 2) 綜合學科多綜合學科多, 因而因而技術含量高技術含量高, 維護困難；維護困難； 3) 易污染環境；易污染環境； 4) 易因堵塞造成故障；易因堵塞造成故障； 5) 系統性能受油溫變化的影響（油液的體積彈性系統性能受油溫變化的影響（油液的體積彈性模量）；模量）； 6) 液壓能源的獲得和遠距離傳輸都不如電氣系統液壓能源的獲得和遠距離傳輸都不如電氣系統方便。方便。351.4 1.4 液壓伺服控制的發展和應用液壓伺服控制的發展和應