《电液伺服系统》课件

电液伺服系统电液伺服系统是一种广泛应用于工业自动化和机械控制的系统。它结合了液压系统的强大力量和电气控制的精准性，实现对机械部件的精确控制。课程目标掌握电液伺服系统的基本理论深入理解液压传动基础知识，包括流体静力学、流体动力学、液压元件等了解电液伺服系统的组成和工作原理掌握伺服阀、伺服放大器、反馈系统等关键部件的作用和工作机制学习电液伺服系统的典型应用了解其在机床数控系统、工业机器人、航空航天等领域的应用电液伺服系统概述电液伺服系统是一种将电信号转换成液压信号，并通过液压执行元件来实现精确控制的系统。它结合了电子控制的灵活性和液压传动的高功率密度，广泛应用于机床、机器人、航空航天等领域。电液伺服系统主要由伺服阀、液压执行元件、反馈传感器、控制器等组成。伺服阀作为系统的控制核心，负责将电信号转换成液压信号。液压执行元件根据液压信号进行动作，实现对负载的精确控制。反馈传感器将执行元件的位置、速度或力信息反馈给控制器，形成闭环控制系统。液压传动基础知识基本概念液压传动利用液体作为工作介质，通过液压泵、液压马达、液压阀等元件实现能量传递和控制。它具有功率大、传动平稳、控制灵活、工作可靠等优点，广泛应用于各种机械设备。工作原理液压系统中，液压泵将机械能转换为液体的压力能。液压马达将液体的压力能转换为机械能，完成机械运动。伺服阀基本原理11.阀芯控制阀芯是伺服阀的核心部件，通过电磁力控制阀芯的位移，从而调节流体的流量。22.电磁驱动电磁线圈产生磁场，控制阀芯的移动，实现对流体流量的精确调节。33.负反馈系统伺服阀通常配备反馈传感器，监测阀芯位移，形成闭环控制系统，提高控制精度。44.高频响应伺服阀具有快速的响应特性，能够快速响应控制信号的变化，实现对流体流量的精确控制。伺服阀动态特性伺服阀动态特性指其响应输入信号的能力，对系统性能有很大影响。响应时间、频率特性、稳定性等指标，影响系统精度、速度和稳定性。10ms响应时间从输入信号变化到输出流量变化所需要的时间。100Hz带宽伺服阀能够有效响应的频率范围。0.01%滞后输出流量与输入信号之间的相位差。10%稳定性系统在受到扰动后恢复到稳定状态的能力。电液伺服系统组成伺服阀控制液压油流量，实现精确控制。执行机构接收伺服阀的命令，执行运动动作。传感器反馈系统状态，用于闭环控制。伺服放大器放大控制信号，驱动伺服阀。伺服放大器原理功率放大伺服放大器负责将微弱的控制信号放大到足以驱动伺服阀的功率级别。它通常包含功率放大电路，能够处理高电流和电压。信号处理除了功率放大外，伺服放大器还负责处理来自控制器和传感器反馈的信号，例如位置、速度和电流信号。这包括滤波、校正和补偿等操作。保护功能为了确保系统的稳定性和安全性，伺服放大器通常会集成保护功能，例如过流保护、过压保护和温度保护。电液伺服系统反馈11.位置反馈位置传感器提供实际位置信号，与设定值进行比较，产生偏差信号。22.速度反馈速度传感器测量执行机构的速度，用于闭环控制系统，提高系统的稳定性和精度。33.压力反馈压力传感器测量系统压力，用于控制系统压力，防止系统过载。44.电流反馈电流传感器测量伺服阀的电流，用于限制伺服阀的电流，保护伺服阀。系统调试与性能测试1参数设定根据系统要求和负载情况，设置相关参数，如压力、速度、位置等。2功能验证测试系统各功能是否正常，包括控制、反馈、执行等环节。3性能指标测试评估系统性能，包括响应速度、精度、稳定性、可靠性等方面。典型结构及特点电液伺服系统主要包含伺服阀、执行机构、传感器、控制器等部件。系统结构可以分为单环闭环系统、双环闭环系统和多环闭环系统。不同结构的系统具有不同的特点，例如单环闭环系统结构简单，但精度较低，双环闭环系统精度较高，但结构复杂。单环闭环系统1位置控制设定目标位置2伺服阀调节油流量3执行机构驱动负载运动4位置传感器反馈实际位置5控制器比较误差信号单环闭环系统仅使用一个反馈回路，通过位置传感器反馈实际位置，控制器比较目标位置和实际位置之间的误差，并驱动伺服阀调节油流量，最终控制执行机构完成设定动作。双环闭环系统1外环控制系统的位置或速度2内环控制执行机构的流量或压力3反馈位置、速度、流量或压力双环闭环系统包括外环和内环。外环控制系统的整体位置或速度，内环控制执行机构的流量或压力，例如液压缸或电机。系统通过反馈传感器获取实际位置、速度、流量或压力信息，并与目标值进行比较，从而实现精确控制。位置闭环系统位置反馈位置闭环系统通过传感器获取执行机构的实际位置信息。误差比较将实际位置信息与目标位置信息进行比较，得到位置误差。控制信号根据误差大小，伺服放大器产生控制信号，驱动伺服阀。执行机构伺服阀控制执行机构的运动，使实际位置趋近目标位置。速度闭环系统系统结构速度闭环系统由电机、液压泵、伺服阀、传感器和控制器组成，通过闭环控制实现对系统速度的精确控制。工作原理速度传感器检测实际速度，并将信号反馈到控制器，控制器根据设定值和实际值之间的偏差调整伺服阀开度，从而控制液压泵输出流量，进而控制电机转速。应用场景速度闭环系统广泛应用于机床、机器人、航空航天等领域，例如数控机床的进给速度控制、工业机器人的关节速度控制等。力/压力闭环系统1压力传感器压力信号采集2控制器控制算法执行3伺服阀液压流量调节4执行机构执行力/压力力/压力闭环系统控制液压缸执行机构的力或压力。压力传感器测量压力，反馈给控制器。控制器计算偏差，调整伺服阀，控制油液流量，最终控制执行机构的力或压力。电液伺服系统应用机床数控系统电液伺服系统在机床数控系统中应用广泛，可实现高精度、高速、高效率的加工，提高生产效率。工业机器人电液伺服系统应用于工业机器人，提高机器人运动精度和灵活性，提升工作效率，扩展应用领域。机床数控系统高精度加工数控系统使机床能够以极高的精度和重复性加工零件。自动化操作数控系统允许机床进行自动化操作，减少人工干预。灵活生产数控系统可以适应不同形状和尺寸的零件，提高生产效率。工业机器人高精度和灵活性工业机器人可以精确地执行各种任务，例如组装、焊接和喷漆。提高生产效率工业机器人可以提高生产速度和效率，减少人工成本。保障工作安全工业机器人可以执行危险或重复性的工作，保障人类工的安全。航空航天系统飞机控制电液伺服系统可精确控制飞机方向，稳定飞行姿态。火箭发射控制火箭发射推力，实现精准轨道控制。卫星姿态卫星姿态调整，确保数据传输和观测精度。航天器对接精确控制对接速度，确保太空对接成功。船舶自动化系统自动驾驶利用电液伺服系统实现船舶的自动航行，提高航行效率和安全性。发动机控制精确控制发动机转速和功率，优化燃油消耗，减少排放。货物装卸自动化控制货物装卸过程，提高效率和安全性，减少人工操作。导航系统提供精准的航线规划和导航信息，辅助船员操作。电液伺服系统发展趋势11.智能化电液伺服系统与人工智能技术结合，实现自我学习和优化，提高系统效率和可靠性。22.集成化将多种技术集成，形成更加紧凑、高效的系统，满足日益复杂的应用需求。33.高性能化追求更高的响应速度、精度和稳定性，满足高速、精密、复杂运动控制的需求。44.可靠性提高不断提升系统可靠性，减少故障率，延长使用寿命，降低维护成本。智能化智能控制智能算法优化控制策略，提高系统精度和响应速度。自适应学习根据环境变化和任务要求调整参数，实现智能化适应。故障诊断通过传感器监测，提前识别故障并采取措施，保障系统稳定运行。集成化模块化设计将电液伺服系统中的各个子系统进行模块化设计，便于组合和更换，提高系统的灵活性。数字化接口采用标准化的数字化接口，实现不同子系统之间的互联互通，提高系统集成度。智能化控制将人工智能技术融入电液伺服系统，实现系统自学习、自优化和自适应，提升系统智能化水平。高性能化响应速度提升采用高速伺服阀和高精度传感器，减少响应时间。优化控制算法，提高系统动态响应能力。精度和稳定性提升应用高精度液压元件和精密加工技术，提高系统精度。采用先进的控制策略，提高系统稳定性。效率和可靠性提高优化系统设计，减少能量损耗，提高效率。采用耐用材料和可靠的结构，提升系统可靠性。可靠性提高预防性维护定期维护、监测关键部件减少故障发生率冗余设计备份系统，防止单点故障提高系统可靠性容错设计检测和修复故障，保证系统正常运行提高系统可用性