电液控制课件

1、电液控制工程1本课程教学内容与学时分配绪论 （4h）液压放大元件 （10h）液压动力机构 （8h）机液伺服系统 （2h）电液伺服阀 （8h）电液伺服系统 （6h）伺服阀的性能实验 （2h）2参考书目王春行主编液压控制系统北京：机械工业出版社，2002 关景泰机电液控制技术同济大学出版社 HE梅里特著陈燕庆译液压控制系统北京：科学出版社，1976 李洪仁著液压控制系统北京：国防工业出版社，1981 刘长年著液压伺服系统的分析与设计北京：科学出版社，1985 345678910111213141516第一章 绪论1.1 伺服控制系统的工作原理及组成 液压伺服控制系统是以液压动力元件作驱动装置所组成

2、的反馈控制系统。在这种系统中，输出量（位移、速度、力等）能够自动地、快速而准确地复现输入量的变化规律，与此同时，还对输入信号进行功率放大，因此也是一个功率放大装置。 1718输出位移能够自动地、快速而准确地复现输入的位移变化。原因：阀体与液压缸缸体刚性的连接在一起，构成了负反馈闭环控制系统。液压缸的输出位移能够连续不断的反馈到阀体上，与滑阀阀芯的输入位移相比较，得出两者之间的偏差，这个偏差就是开口量。有开口量就有压力油输入到液压缸，驱动液压缸运动（减小偏差），直到输入位移与输出位移相一致为止。系统靠偏差来工作的。1920另一方面，该系统移动阀芯所需的信号功率很小，而系统的输出功率可以很大，故也

3、是一个功率放大装置。液压能的控制是靠偏差的大小控制的，因此伺服系统也是一个控制液压能源输出的装置21上图中输出量为位移，故可称为位置伺服控制系统。该系统中，输入信号与反馈信号都是由机械构件完成的，故也称为机械液压伺服控制系统。液压元件为滑阀节流原理工作，故也称为节流式或者阀控式液压伺服系统。2223电液伺服阀作为液压控制元件阀控式电液位置伺服系统24液压马达变量泵泵控式电液速度控制系统原理图2526系统中，内部控制回路可以是闭合的也可以不是闭合的。当是闭合时，消除了液压泵变量液压缸的积分作用，使前置级不再带有积分环节，整个系统成为0型系统。不是闭合时，整个系统即为1型系统。在控制回路闭合情况下

4、，将速度指令改为位置指令，测速电机改为位置传感器，就成为泵控式电液位置伺服系统。271.1 伺服控制系统的工作原理及组成(续)1 输入元件电位器、计算机等2 反馈测量元件各种传感器3 比较元件 给出偏差信号4 放大转换元件（机）电液伺服阀5 执行元件液压缸、液压马达6 控制对象负载28反馈测量元件29放大转换元件30执行元件311.2 液压伺服控制的分类 1 按系统输入信号的变化规律分 定值控制系统输入信号为定值 程序控制系统输入信号按给定的规律变化 伺服控制系统输出量能够准确、快速地复 现输入量的变化规律 321.2 液压伺服控制的分类(续)2 按被控物理量的名称不同分 位置伺服控制系统 速

5、度伺服控制系统 力控制系统 其它物理量的控制系统331.2 液压伺服控制的分类(续)3 按液压动力元件的控制方式或元件的形式分 阀控：响应速度快、控制精度高、结构简单，但效率低泵控：效率高，响应速度较慢，结构复杂，操作变量机构所需力较大，需专门的操作机构阀控系统分为 恒压伺服系统与恒流伺服系统341.2 液压伺服控制的分类(续)4 按信号传递介质的形式分类机械液压伺服系统输入信号、反馈信号、比较均用机械部件实现电气液压伺服系统均用电子元件实现气动液压伺服系统气动元件实现灵活性、可靠性、维护性、结构复杂性351.3 液压伺服控制的优缺点1 优点a. 液压元件的功率重量比和力矩惯量 比（或力质量比

6、）大体积小，重 量轻，加速度性好b. 液压动力元件快速性好，系统响应快c. 液压伺服系统抗负载的刚度大361.3 液压伺服控制的优缺点(续)2 缺点a. 抗污染能力差，对工作油液的清洁度高b. 油液的体积弹性模量随油温和混入的空 气含量而变化c. 密封不当，容易引起外漏，造成环境污染d. 精度要求高，成本高e. 液压能源获得与远距离传输不如电气系统 371.4 液压伺服控制的发展和应用 液压伺服控制是一门新兴的科学技术，是液压技术的一个分支，也是控制领域的一个分支。 在武器自动化和工业自动化应用的较多。而今，凡是需要大功率、快速、精确反应的控制系统，都可以应用液压伺服控制技术38第二章 液压放

7、大元件也称为液压放大器，是一种以机械运动来控制流体动力的的元件。在液压伺服系统中，它将输入的机械信号（位移、转角）转换为液压信号（流量、压力）输出，并进行功率放大。因此，它既是一种能量转换元件，也是一种功率放大元件。包括滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀。结构型式、工作原理、静态特性、设计准则392.1 圆柱滑阀的结构型式及分类阀是液压伺服系统中的一种主要控制元件，它的静态、动态特性对液压伺服系统有很大的影响。结构简单、单位体积输出功率大、工作可靠、动态特性好是其优点。40412.1 圆柱滑阀的结构型式及分类(续)1 按进出阀的通道数划分 四通阀、三通阀、二通阀2 按滑阀的工作边数划分 四边滑阀、双边

8、滑阀及单边滑阀3 按滑阀的预开口形式划分 正开口（负重叠）、零开口（零重叠） 负开口（正重叠）4 按阀套窗口形状划分（矩形、圆形、三角形）5 按阀芯的凸肩数目划分（二、三、四凸肩滑阀）4243442.2 滑阀静态特性的一般分析452.2 滑阀静态特性的一般分析(续)46472.2 滑阀静态特性的一般分析(续)48一、压力流量方程一般表达式49二、滑阀的静态特性曲线滑阀的静态特性可以用静态特性曲线表达5051三、阀的线性化分析52三、阀的线性化分析（续）53三、阀的线性化分析（续）542.3 零开口四边滑阀的静态特性552.3 零开口四边滑阀的静态特性56二、实际零开口四边滑阀的静态特性阀芯与阀

9、套间的径向间隙油液的动力粘度572.4 正开口四边滑阀的静态特性正开口量582.5 双边滑阀的静态特性592.5 双边滑阀的静态特性602.5 双边滑阀的静态特性612.5 双边滑阀的静态特性（续）622.6 滑阀受力分析主要考虑滑阀受到的液动力，分为稳态液动力与瞬态液动力。稳态液动力与滑阀开口量成正比，瞬态液动力与滑阀开口量变化率成正比。632.6 滑阀受力分析（续）液流经过阀口时。由于流动方向和流速的改变，阀芯上会受到附加的作用力。在阀口开度一定的稳定流动情况下，液动力为稳态液动力。当阀口开度发生变化时，还有瞬态液动力作用。稳态液动力可分为轴向分力和径向分力。由于一般将阀体的油腔对称的设置

10、在阀芯的周围，因此沿阀芯的径向分力互相抵消了，只剩下沿阀芯轴线方向的稳态液动力。642.6 滑阀受力分析（续）652.6 滑阀受力分析（续）由于射流角90度，所以稳态液动力的方向总是指向使阀口关闭的方向。p一定时，稳态液动力与阀的开口量成正比弹性力实际的阀受径向间隙和工作圆边的影响，使过流面积增大，射流角减小，从而使稳态液动力增大。662.6 滑阀受力分析（续）672.6 滑阀受力分析（续）682.6 滑阀受力分析（续）稳态液动力一般都很大，是滑阀的主要阻力。 例：全周开口，直径0.012m的阀芯，ps140105Pa,空载时的动力刚度Kf02.27105N/m,如果阀芯的最大位移5104m时

11、，空载的稳态液动力Fs0114N 考虑采用二级滑阀。697071三、瞬态液动力72三、瞬态液动力(续)73三、瞬态液动力(续)瞬态液动力与阀芯的移动速度成正比，起粘性阻尼作用。方向始终与腔内液体的加速度方向相反。阻尼系数Bf与长度L有关，称L为阻尼长度74四、滑阀的驱动力752.7 滑阀输出功率及效率76772.7 滑阀输出功率及效率（续）782.7 滑阀输出功率及效率（续）上述分析表明，在PL2/3 Ps时，整个液压伺服系统的效率最高，同时阀的输出功率最大。 取PL2 Ps/3作为阀的设计负载压力，同时，在PL0.5d;为了避免流量饱和现象，阀腔通道内的流速不应过大，应使阀腔通道的面积为控制

12、窗口面积的4倍以上全周开口的滑阀不产生流量饱和的条件！84流量饱和现象852.9 喷嘴挡板阀与滑阀相比，结构简单，加工容易，运动部件质量小，对油液污染不太敏感。但零位泄漏流量大，故只适合于小功率系统。在两级液压放大器中，多采用喷嘴挡板阀作为第一级。86872.9 喷嘴挡板阀（续）喷嘴挡板阀固定节流孔喷嘴挡板可变节流孔Pc属于三通阀，只能控制差动油缸88是4通阀，可以控制双作用液压缸892.10 射流管阀射流管阀射流管接收器接液压缸2端可转动属于4通阀，能控制双作用液压油缸902.10 射流管阀(续)优点：1)抗污能力强，对油液的清洁度要求不高2)压力恢复系数和流量恢复系数高，效率较高，可以作为

13、前置放大元件。缺点：1)由于射流力的作用，容易产生振动2)射流管惯量较大，动态特性不如喷嘴挡板阀3)零位泄漏量大4)粘性特性影响较大91第二章习题1 思考题 2、4、5、6、7、122 习题 1、2、392第三章 液压动力元件液压动力元件是由液压放大元件和液压执行元件组成。放大元件液压控制阀、伺服变量泵执行元件液压缸与液压马达故有：阀控液压缸、阀控液压马达泵控液压缸、泵控液压马达前两种称为阀控（节流控制）系统后两种称为泵控（容积控制）系统933.1 四通阀控制液压缸液压动力元件的动态特性在很大程度上决定着整个系统的性能。在得到动力元件的传递函数过程中，需要三个基本方程。阀控流量方程液压缸流量连续性方程液压缸和负载的力平衡方程94953.1 四通阀控制液压缸（续）963.1 四通阀控制液压缸（续）液压缸内泄漏系数液压缸外内泄漏系数有效体积弹性模量液压缸进油腔容积973.1 四通阀控制液压缸（续）活塞及负载折算到活塞上的总质量活塞