第9章液压伺服系统ppt课件

1、第9章 液压伺服系统 液压伺服系统又称随动系统和跟踪系统是自动控制系统的一种重要类型。它是以液压动力元件作驱动安装所组成的反响控制系统。 在这种系统中，输出量能以一定的精度自动、快速而准确地按照输入信号的变化规律运动。输出量可以是机械位移、速度、加速度或力。 该系统除具有液压传动的一切优点外，还具有呼应速度快、抗负荷刚性大、控制精度高等显著特点，运用广泛。9.1 液压伺服系统概述9.1.1 液压伺服系统的任务原理及组成 图9-1 液压传动系统 向右给阀芯一个输入量xi时，滑阀挪动某一开口量xv，压力油进入缸右腔，缸左腔回油，缸体右移，输出位移xp图9-2 液压伺服系统原理图 滑阀和液压缸组合成

2、一个整体 控制元件执行元件 滑阀和液压缸组合成一个整体，液压泵4输出的液压油通过溢流阀3调定压力后供应系统，经过伺服阀1控制液压缸2推动负载运动。伺服阀1为控制元件，液压缸2为执行元件。阀1控制流入缸体2的流量、压力和液流方向，该系统称为阀控式液压伺服系统。由于阀体1与缸体2制成一个整体，从而构成了反响控制。 将一个系统的输出信号的一部分或全部以一定方式和路径送回到系统的输入端作为输入信号的一部分，这个作用过程叫反响 系统的反响控制过程是：当伺服阀处于中间位置零位，即输入信号xi=0时，阀芯凸肩恰好遮住通往液压缸的两个油口，阀没有流量输出，缸体不动，系统的输出量xp=0，系统处于静止平衡形状。

3、 图9-2 液压伺服系统原理图 假设给伺服阀一个输入位移xi图示向右，阀芯将偏离中间位置，节流口a、b便有一个相应的开口量xv=xi，压力油经a口进入液压缸右腔，左腔油液经b口回油，缸体右移xp，由于缸体与阀体是一体的，因此阀体也右移xp，受阀芯输入端的限制，阀的开口量逐渐减小，即xv=xi-xp，直到xv=0时，阀的输出量等于零，缸体停顿运动，处在一个新的平衡位置，完成了液压缸输出位移对滑阀输入位移的跟随运动。图9-2 液压伺服系统原理图 伺服阀作为转换、放大元件，把输入的机械信号位移或速度等转换并放大成液压信号流量或压力等输出至液压缸。 在这个系统中，反响信号与输入信号相反，构成负反响。缸

4、体的输出信号反响至阀体，并与阀芯输入信号进展比较，产生偏向即有开口量来控制缸体运动直到偏向消除为止，从而使输出位移能准确地复现输入位移的变化。 可见，该系统是靠偏向信号进展任务的，即以偏向来消除偏向，这就是反响控制的原理。负反响： 负反响的特点可以从“负字上得到很好的了解，它主要是经过输入、输出之间的差值作用于控制系统的其他部分。这个差值就反映了我们要求的输出和实践的输出之间的差别。控制器的控制战略是不停减小这个差值，以使差值变小。负反响构成的系统，控制精度高，系统运转稳定。举例阐明： 当人计划要拿桌子上的水杯时，人首先要看到本人的手与杯子之间的间隔 ，然后确定本人手的挪动方向，手开场向水杯挪

5、动。同时人的眼睛不停察看手与杯子的间隔 该间隔 就是输入与输出的差值，而人脑控制器的作用就是不停控制手挪动，以消除这个差值。直到手拿到杯子为止，整个过程也就终了了。从上面的例子可以看出，由负反响构成的偏向是人准确完成拿杯子动作的关键。假设这个差值不能得到的话，整个动作也就没有方法完成了。这就是眼睛失明的人不能拿到杯子的缘故。负反响普通是由丈量元件测得输出值后，送入比较元件与输入值进展比较而得到的。图9-3 液压伺服系统任务原理方块图 系统中，挪动阀芯所需求的信号功率是很小的，而系统的输出功率液压缸输出的速度和力却可以到达很大，因此这是一个功率放大安装。 本系统中，反响介质是机械衔接，称为机械反

6、响，又称为机-液伺服系统。综上所述： 液压伺服控制的根本原理就是液压流体动力的反响控制，即利用反响衔接得到偏向信号，再利用偏向信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏向的方向变化，从而使系统的实践输出与希望值相符。图9-4 液压伺服系统组成及职能方块图 2、液压伺服系统的组成 1指令元件又称输入元件 给出与被控制对象所希望的运动规律相对应的指令信号输入信号，加在系统中的输入端。 指令元件可以是机械安装如凸轮、连杆、模版等，给出位移信号；也可以是电气元件如电位计、程序安装等，给出电压信号。2比较元件 用来比较输入信号和反响信号，并将它们的差值作为偏向信号保送给后面的元件。实践系统中，

7、比较元件有时不单独存在，而是与输入元件、反响丈量元件或放大元件一同组成同一元件来完成多种功能。3放大转换元件液压功率放大器 将偏向信号放大并转换成液压信号，并控制执行元件的动作，如伺服放大器、液压控制阀、电液伺服阀等。4液压执行元件 驱动控制对象动作的液压元件，通常指液压缸或液压马达。5检测反响元件 检测系统输出量，将其转换成与输入信号具有一样方式的反响信号，并回输给比较元件。反响元件可以是机械安装如齿轮副、连杆等，也可以是电气元件如各种传感器、测速电机等。6控制对象 被控制的机械设备，即负载，它接受液压伺服系统的控制，并输出被控制量。9.1.2 液压伺服系统的类型 1按输入信号变化规律分类

8、有定值控制系统、程序控制系统和伺服控制系统三类。 当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统，其根本义务是提高系统的抗干扰才干。 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，输出量可以准确、迅速地复现输入量的变化规律。9.1.2 液压伺服系统的类型 2按偏向信号的产生和传送方式不同分类 有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统三类。 机液伺服系统的给定、反响和比较环节均采用机械构件实现，构造简单可靠，但偏向的校正和系统增益的调定困难，机构中的摩擦会影响系统的性能； 电液伺服系统中，误差的检测、校正和放大都采用电气、电子元件，具

9、有很大的灵敏性和广泛的顺应性，是目前控制精度最优的伺服系统； 气液伺服系统的检测和放大都采用气动元件，丈量灵敏度高，任务可靠，但需求专门的气源安装。9.1.2 液压伺服系统的类型 3按输出物理量分类 有位置伺服系统、速度伺服系统和力或压力伺服系统等。 4按系统输出信号能否反响分类 有闭环控制系统和开环控制系统。 5按控制元件不同分类 可分为滑阀式、射流管式、喷嘴挡板式和转阀式等。以上几种分类方法是从不同角度思索的，它们实践上能够指的是同一个系统。如阀控式电液伺服位置控制系统。9.1.3 液压伺服系统的根本特点 与普通的液压系统相比，液压伺服系统具有以下特点： 1它是一个自动跟踪系统或跟随系统：

10、输出量自动地跟随输入量变化规律而变化； 2它是一个误差控制系统：系统的输出信号和输入信号之间存在偏向是液压伺服系统任务的必要条件，也可以说液压伺服系统是靠偏向信号进展任务的。 9.1.3 液压伺服系统的根本特点 3它是一个负反响闭环系统：被控对象或执行元件产生的运动量输出量必需经检测反响元件回输到比较元件，力图抵消使被控制对象或执行元件产生运动的输入信号，即力图使偏向信号减小到零，从而构成一个负反响闭环系统。 4它是一个信号放大系统：系统输出信号功率是系统输入信号功率的数倍甚至数千倍。 9.1.3 液压伺服系统的根本特点 5与普通液压系统相比，虽然同样有液压泵能源、液压马达或液压缸执行元件和控

11、制元件，但控制调理的精度要求更高。如液压源提供的液压力和流量应更稳定，进入执行元件的流量特性的线性度更好。9.2 液压伺服系统的根本方式及运用 9.2.1 液压伺服系统的根本方式 液压伺服系统按控制方式和控制元件的方式分为阀控系统节流式和泵控式容积式两类。 阀控系统，主要控制元件是伺服阀或电液伺服阀。 泵控系统中，主要控制元件是变量泵，目前变量马达控制用得较少。9.2 液压伺服系统的根本方式及运用 9.2.1 液压伺服系统的根本方式 变量泵控制液压伺服系统的优点是效率高、系统刚性大，缺陷是呼应速度慢、构造复杂。另外，支配变量泵变量机构所需的力较大，需求专门的操作机构，从而使系统复杂化。适用于大

12、功率而呼应速度要求又不太高的场所。 阀控系统的优点是呼应速度快、控制精度高，缺陷是效率低。由于它的性能优越而得到广泛运用，特别是用在中、小功率的快速、高精度液压伺服系统中。9.2 液压伺服系统的根本方式及运用 9.2.1 液压伺服系统的根本方式 阀控系统中的控制元件主要有三类：滑阀式液压伺服阀、喷嘴挡板式液压伺服阀、射流管式液压伺服阀。 滑阀式液压伺服阀具有很高的功率放大倍数，既可作为单级伺服阀运用，又可作为多级伺服阀的功率放大级；后两种阀的功率放大倍数小，普通用于多级二、三级伺服阀的前置放大级。 1.滑阀式液压伺服阀 滑阀式液压伺服阀具有优良的控制性能，在液压伺服系统中运用最广。机构与液压换

13、向阀类似，换向阀是液压开关，每个阀口只需两个形状，“开与“关。滑阀式液压伺服阀那么是一个比例控制的液压放大器，每个阀口具有延续变化的开启度，以便延续调理经过液体的流量，其加工精度要求很高。 1.滑阀式液压伺服阀之单边控制滑阀式液压伺服阀 图9-5 单边控制滑阀式液压伺服阀 边数-起控制造用的阀口数 没有外负载时，P1A=P2B； 阀芯左移， 增大，P2减小，于是P2BP1A,缸体左移，缸体与阀体一体，阀体左移，又使 减小，直到新的平衡。 图9-6 四边控制滑阀式液压伺服阀 1.滑阀式液压伺服阀之四边控制滑阀式液压伺服阀 具有四个油口，又称四通液压伺服阀； 三个凸肩，四个控制边。 分别控制A、B两腔压力油 分别控制A、B两腔回油常态时：P与T接通，缸体不运动；21、43、图9-7 滑阀的三种开口方式 按照控制边相对于阀套槽边的位置不同，滑阀式液压伺服阀可制成正开口、零开口和负开口三种类型。 阀芯凸肩控制