液压控制系统(常同立编著,清华大学出版社).ppt

1、Hydraulic Control Systems,液压控制系统,Outline,第1章 绪论 第2章 动力学系统及反馈控制 第3章 液压控制系统原理与结构 第4章 液压控制元件 第5章 液压动力元件 第6章 机液伺服控制系统 第7章 电液伺服控制阀 第8章 电液控制系统动态设计 第9章 液压控制系统设计,第1章 绪论,液压控制系统是以（静）液压控制与换能元件为主要控制元件构建的控制系统。液压控制与换能元件通常指液压控制阀、控制用液压泵等。 液压控制技术是自动控制技术的一个重要分支。液压控制系统特点鲜明，优势明显，发挥不可替代的作用。 液压控制技术是典型的机电液一体化技术，是多学科交叉融合发展

2、的范例。例如，电气液压控制系统以动力学系统为对象，以负反馈系统设计为手段，集成机械系统、电气系统和液压系统构建机电液一体化的动态系统。 目前，液压控制技术在装备制造业、汽车工业、航天航空、兵器工业、冶金工业、船舶工业、医疗工程等多领域获得应用。,应用案例,材料试验机 四自由度飞行模拟器 超大型地震实验台 飞行控制系统 机器动物 两足机器人,应用案例 1材料力学实验机,大功率、材料试验加载大多采用了液压控制。,应用案例 1 材料力学实验机,闭环控制，位置反馈，力反馈，计算机控制,应用案例 2四自由度飞行模拟器,重负荷、高动态 四个自由度 四个作动器,应用案例 2 四自由度飞行模拟器,四个自由度分

3、别由四个电液伺服作动器驱动。 每个作动器都构成一个电液伺服系统。,应用案例 3超大型地震台,一人,移动质量达到350ton。采用四级电液伺服阀控制，在7Mpa压降下，伺服阀流量15000l/min。,应用案例 3 超大型地震台,具有8个液压伺服作动器。 实现6个自由度控制 频率响应非常高,应用案例 4飞机控制系统,应用案例 4飞机控制系统,现代飞机上的各种飞行操纵动作多通过液压伺服作动器实现。,应用案例 5机器动物,高功率体积比和结构紧凑,应用案例 5机器动物,应用案例 5机器动物,应用案例 6两足机器人,高功率体积比和结构紧凑,应用案例 6 两足机器人,小结,液压控制技术是一门机电液一体化新

4、技术，它是自动控制技术的一个重要分支。液压控制技术包括开环控制和闭环控制两类，其中液压闭环控制较为复杂。 液压控制在重载、高性能、高功率密度等场合具有明显优势。这种优势使其与机电控制技术、气动控制技术在应用范围上形成互补格局。 液压控制技术应用广泛，在很多领域已有应用或未来会有应用。 继续在常规领域发展的同时，液压控制技术具有两个发展趋势，即朝向超大型和超大功率系统领域发展，以及朝向高功率体积比型系统领域发展。,第1章 参考文献,1 R. H. Maskery, W. J. Thayer. A brief history of electrohydraulic servomechanisms.

5、 ASME Journal of Dynamic Systems Measurement and Control, June 1978（Moog technical bulletin 141） 2 Blackburn, J. F., Reethof, G., and Shearer, J. L. Fluid Power Control. The MIT Press and Wiley, 1960. 3 H. E. 梅里特. 液压控制系统. 北京：科学出版社，1976 4 Backe, W. (1993). The present and future of fluid power. Proce

6、edings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, vol. 207, p. 193-212. 5 Viernsma, Taco J. Analysis, synthesis & design of hydraulic servosystems & pipelines. Amsterdam: Elsevier, 1980 6 Saeid Habibi, Andrew Goldenberg. Design of a new high perfo

7、rmance electrohydraulic actuator. Proceedings of the 1999 IEEE/ASME International conference on advanced intelligent mechatronics Sept. 19-23, 1999. Atlanta, USA 7 Eddie Zavala. Fiber optic experience with the smart actuation system on the F-18 systems research aircraft. NASA/TM-97-206223 8 Martin S

8、. Jones. Moogs motorsport family of miniature hydraulic valves. Moog industrial news letter. Issue 10, 2006,1. 9 J. C. Jones. Developments in design of electrohydraulic control valves from their initial design concept to present to present day design and applications. Workshop on Proportional and Se

9、rvovalves, Monash University, Melbourne, Australia. November 1997. 10 王春行. 液压控制系统. 北京：机械工业出版社, 1995.1. 11 李洪人. 液压控制系统. 北京：国防工业出版社, 1990.8. 12 刘长年. 液压伺服系统的分析与设计. 北京：科学出版社，1985.4. 13 Direct drive valve-ball drive mechanism. US patent No.4672992 14 Direct drive servo valve. US Patent No.4793377 15 Drec

10、t-drive valve. US Patent No.4987927 16 夏立群, 张新国. 直接驱动阀式伺服作动器研究. 西北工业大学学报. 2006，24(3) 17 Moog. Moving your world: ideas in motion control from moog industrial. 2001,10(1) 18 L. H. Warton, A four degrees of freedom, cockpit motion machine for flight simulation. Reports and memoranda No. 3727. April, 1

11、972. 19 Omar E. Rood, Han-sheng Chen, Rodney L. Larson And Richard F Nowak. Development of high flow, high performance hydraulic servo valves and control methodologies in support of future super large scale shaking table facilities. Proceedings of the 12 WCEE 2000. 20 Juan G.C. Alva, Marco A. Meggio

12、laro, Jaime T.P. Castro. Bang-bang control of servo-hydraulic testing machines using learning techniques. XVIII Congresso Brasileiro de Automtica / 12 a 16-setembro-2010, Bonito-MS,第2章 动力学系统及反馈控制,液压反馈控制系统是一个动力学系统，具备动力学系统的基本性质，被控对象等控制系统组成环节也往往是动力学系统。动力学系统的思想、观念、研究方法与手段也适用于液压控制系统研究。 反馈控制原理是液压控制的理论基础之一

13、，也是液压反馈控制的研究工具与手段。控制理论内容很多，控制系统分析与综合方法也很多。 针对液压反馈控制系统分析与设计问题，这里扼要回顾动力学系统的建模、分析方法；回顾经典控制理论的系统分析与综合方法。,模型与被模拟系统,麦弗逊式悬架系统,1汽车车身 2车轮轴 3车轮 4车架 5主销 6减震器 7弹簧,系统分析与建模,对系统进行受力分析，建立力平衡方程,微分方程,依据虎克定律,理想粘性阻尼器,依据牛顿定律,质量块处于力平衡状态,数学模型,拉氏变换式,拉普拉斯变换式,Simulink 分析系统Bode图,液流体动力学系统元件,系统工作原理及组成,依据各组成部分在系统中的功能，机电反馈控制系统可以划

14、分为如下基本元件或环节。 1）指令元件 2）反馈测量元件 3）比较元件 4）放大转换元件 5）执行元件 6）被控对象 7）其它元件与装置,模型进行降阶处理,条件满足则可降阶,相对于系统动态要求,相对于系统动态要求,奈奎斯特判据,稳定的系统,临界稳定的系统,不稳定的系统,只有这两个条件同时满足，系统才是稳定的。,频域快速性分析,在频域上，反馈控制系统的快速性通常可以用3dB频带宽度、相位滞后-90频带宽度或（幅值）穿越频率描述。,第2章 参考文献,1 Katsuhiko Ogata. System dynamics. 北京：机械工业出版社. 2004.3 2 吴重光. 仿真技术. 北京：化学工业

15、出版社. 2000.5. 3 Katsuhiko Ogata. Modern control engineering. Prentice Hall, 2010 4 John J. DAzzo and Constantine H. Houpis, Stuart N. Sheldon. Linear Control System Analysis and Design with Matlab. New York: Marceld Dekker, Inc. 2003 5 王广雄，何朕. 控制系统设计. 北京：清华大学出版社, 2008.3. 6 高钟毓等. 机电控制工程. 北京：清华大学出版社, 2

16、011.8. 7 www. M 8 Roland S. Burns. Advanced Control Enginineering. Oxord: Butterworth-Heinemann. 2001. 9 J.R. Leigh. Control theory. London: The institution of engineering and technology. 2004. 10 Isaac Horowitz. Some ideas for QFT research. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 200

17、3, 13: 599-605. 11 刘兵，冯纯伯. 基于双重准则的二自由度预测控制连续情况. 自动化学报. 1998，24(6):721-726. 12 冯勇等. 现代计算机控制系统. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 1998.7. 13 D. M. Auslander, J. R. Ridgely, J. D. Ringgenberg. Control software for mechanical systems: object-oriented design in a real-time world. Pearson Education, Inc. 2002.,第3章 液压控制系统原理

18、与结构,在阐述控制系统的控制阀和液压动力元件等细节和局部问题之前，从系统整体视角认识液压反馈控制系统的工作原理与系统结构是需要的，但是也是有难度的，因为液压反馈控制系统具有多样性，它们总是为了满足不同需要而设计的。 应用液压反馈系统的主机总是有多种多样的用途，控制对象也是为了完成各种特定功能需求而设计的机械机构，为了驱动和控制这些各异的机构而设计的液压控制系统也是形态各异、功能不同的。 事实上，液压反馈控制系统可以归类于几种基本类型，分析和设计同类型液压控制系统会有更多共性问题，其原因是在工作原理和系统结构等方面，同类型液压控制系统是相同或相近的。,3.1 机械液压伺服系统,汽车动力转向系统,

19、1方向盘 2丝杆螺母机构 3左前轮 4左前轮轴 5拉臂 6连杆 7拉臂 8右前轮 9右前轮轴 10车身 11液压缸,12调压阀 13油泵 14油箱 15控制阀 16定位弹簧 17摇杆连杆机构,没有电气元件参与控制,位置系统例子水槽造波机控制系统,1水槽 2水 3推波板 4水波 5机架 6液压缸 7电液伺服阀 8位移传感器 9计算机系统 10滑轨 11浪高传感器,速度控制系统,速度反馈,力控制系统,力反馈,飞机功率电传系统,1垂直尾翼 2方向舵 3水平尾翼 4襟翼 5机翼 6双余度电静液作动器 7电源与控制电缆 8电源 9控制电缆 10单余度电静液作动器,一种先进的电静液作动器方案,1位移传感器

20、 2位移传感器放大器 3斜盘传动机构 4斜盘控制伺服电机 5驱动伺服电机 6转速传感器 7变量泵 8蓄能器 9单向阀 10安全阀 11液压缸 12位移传感器,分解为两个系统,变排量泵控系统 变转速泵控系统,第3章 参考文献,1 Victor Benche, Virgil Barbu Ungureanu, Ovidiu Mihai Craciun. Contributions to the dynamic analysis of the hydro-mechanical servo-steering. Proceedings of the 6th International Conference

21、 on Hydraulic Machinery and Hydrodynamics. Timisoara, Romania, October 21-22, 2004: 319-324. 2 朱晓民，张农. 电液伺服式水槽不规则波造波机. 液压与气动. 1992,3:2223. 3 Stefan Frischemeier. Electrohydrostatic actuators for aircraft primary flight control-types, modeling and evaluation. http:/www.tu-harburg.de/fst. 4 S. R. Habi

22、bi, A. Goldenberg. Design of a new high-performance electrohydrostatic actuator. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2000,5(2): 158-164. 5 王占林. 近代电气液压伺服控制. 北京：北京航空航天大学出版社. 2005.2.,第4章 液压控制元件,液压控制元件是液压控制系统中最小控制结构单元，液压控制元件接受机械量（位移、转角、转速等）控制信号，将其转换为受控的液压量（流量和压力），从而驱动液压执行元件实现对机械对象的控制。 一些液压控制元件不仅实现信号

23、类型转换，还同时放大了控制信号功率。 液压控制元件是液压控制系统中的重要环节，它的特性对液压控制系统的性能有很大的影响。,1）依据进出油口数目分类,四通阀,三通阀,三通阀,三通阀,四通阀,四通阀,2）依据轴肩数目分类,双肩滑阀,双肩滑阀,三肩滑阀,四肩滑阀,三肩滑阀,双肩滑阀,3）依据控制边数目,四边滑阀,四边滑阀,四边滑阀,双边滑阀,双边滑阀,双边滑阀,四边滑阀 性能好，加工稍难 双边滑阀 性能好，加工难度一般 单边滑阀 性能差，加工容易,4）圆周开口与非圆周开口,圆周开口阀口,非圆周开口阀口,阀芯位移 时， 圆周开口阀的开口面积为 非圆周开口阀的开口面积为,5） 滑阀的预开口型式分类,流量

24、曲线,零开口(零重叠),正开口（负重叠 ）,负开口 （正重叠 ）,4.2.1 四通滑阀静态特性分析,理想滑阀是指径向间隙为零、工作边锐利的滑阀。 讨论理想滑阀的静态特性可以不考虑径向间隙和工作边圆角的影响，因此阀的开口面积和阀芯位移的关系比较容易确定。,桥路流量平衡,零开口四通滑阀的压力流量曲线,零开口四通滑阀的压力流量曲线,零开口四通滑阀的压力流量曲线局部,Pressureflow curve,流量特性、压力特性，理想零开口四通滑阀,流量特性 Flow characteristics,压力特性 Pressure characteristics,流量特性、压力特性，实际零开口四通滑阀,实际零开

25、口四通滑阀流量特性基本理想零开口阀一样,压力特性,泄漏特性,压力流量曲线,全程正开口四通滑阀的压力流量曲线,小正开口四通滑阀的压力流量曲线,小正开口四通滑阀的压力流量曲线局部,正开口四通滑阀特性,流量特性,压力特性,线性化流量方程,由四通滑阀负载流量公式可知：在恒压源供油时，控制滑阀的负载流量可以描述为负载压力和阀芯位移的函数,流量增益,压力流量系数,压力增益,泰勒级数展开,阀控系统功率及效率,液压系统的能量损失发生在液压系统的各处，它们以沿程压力损失和局部压力损失的存在。 这里主要探讨在控制阀作用下功率分配与流向，因而可以忽略管路、滤清器等沿程压力瞬时和局部损失，以及执行元件效率带来的能量损

26、失。,系统功率分布,恒压定量液压源,恒压变量液压源,工作原理,特性曲线,全程正开口三通滑阀的压力流量曲线,小正开口三通滑阀的压力流量曲线,零开口三通滑阀的压力流量曲线,工作原理,全桥结构：两个可调阀口；两个固定节流口,组合：对称双控制边滑阀结构：两个匹配的固定节流口,特性曲线,压力流量曲线,压力特性曲线,数学模型,三通阀与节流孔的组合的线性化数学模型,工作原理,全桥结构：两个可调阀口；两个固定节流口,组合：对称双喷嘴挡板阀结构：两个匹配的固定节流口,射流管阀,流量特性,压力特性,1接收口1 2接收口2 3射流管 4负载液压缸,控制定量泵,1控制输入轴 2变量泵 3负载 4泄油腔,流量连续性方程

27、,控制变量泵,1驱动电机 2变量泵 3负载 4泄油腔 5变量机构,流量连续性方程,第4章 参考文献,1 Vernon D. Gebben. Pressure model of a four-way spool valve for simulation electrohydraulic control systems. NASA TN D-8306. 2 Ernest E. Lewis, Hansjioerg Stern. Design of hydraulic control systems. New York, McGraw-Hill book company, Inc. 1962. 3 P

28、eter Chapple. Principles of hydraulic system design. Oxford：Coxmoor publishing company，2001. 4 田源道. 电液伺服阀技术. 北京：航空工业出版社. 2008.1 5 成大先. 机械设计手册：液压控制. 北京：化学工业出版社. 2004.1. 6 谢志刚. 射流管伺服阀的流场仿真研究. 第三届中国CAE 工程分析技术年会论文集. 395-400. 7 张仲升，朱德孚. 液压伺服机构. 北京：国防工业出版社. 1975.9. 8 李玉琳. 液压元件与系统设计. 北京：北京航空航天大学出版社. 1991.1

29、2.,第5章 液压动力元件,液压动力元件位于闭环控制系统前向通道的末端，参见图5.1。它是由大功率控制元件（通常是控制滑阀或控制用液压泵）控制进出液压执行元件工作液的压力与流量，进而实现对被控对象的控制，上述各部分构成的一个组合，称之为液压动力元件，也称为液压动力机构。,（续1）,液压动力元件的特性通常决定了反馈系统的性能，因此液压动力元件的分析与设计是液压控制系统分析与设计的关键。 依据液压控制元件的不同类别和液压执行元件的不同类别，液压动力元件通常可分为四种基本型式：阀控液压缸、阀控液压马达、泵控液压缸、泵控液压马达，参见图5.2。同一类液压元件还可依据结构类型等作更细致分类，因此每一基本

30、类型的液压动力元件都具有非常丰富的内涵。,5.2 四通阀控对称缸,四通阀控对称缸是常见的一类液压动力元件。 四通阀是指内部可以用液压全桥描述，其流量方程可以线性化的。 对称缸是指双向有效作用面积相同的液压缸。,依据因负载压力产生活塞杆位移观念,力是使物体运动发生改变的原因。液压缸活塞位移被看作由负载压力产生的，也即四通阀输出量是液压力，液压力驱动液压缸活塞和被控对象组成的质量阻尼弹簧系统产生对称缸活塞位移。,利用方块图化简方法，整理,依据因负载流量产生活塞杆位移观念,液压系统驱动方式是容积驱动。液压控制阀输出工作液流量，液压缸活塞位移可看作流量作用效应的结果。也就是说四通阀输出受控流量液体，对

31、称缸将液体流量变成活塞杆位移。,利用方块图化简方法，整理,液压缸活塞位移的数学模型,液压缸活塞速度的数学模型,在速度控制反馈系统中,伯德图,伯德图,结构图,方块图模型,依据因负载压力产生活塞杆位移观念,依据因负载流量产生活塞杆位移观念,5.4 三通阀控非对称缸,在机液伺服机构中，如液压助力系统，三通阀控非对称缸是较为常见的液压动力元件。,方块图,若液压缸活塞位移被作为液压动力元件的输出变量。 液压缸活塞位移被看作由负载压力产生的，也即三通阀输出液压力驱动液压缸活塞和被控对象组成的惯量阻尼弹簧系统产生液压缸活塞位移。 依据上述观点建立,5.5 四通阀控非对称缸,常见的非对称液压缸是单杆活塞缸，它

32、的优点是结构简单，空间占用小，布置方便。因此，当主机空间结构受限情况，单出杆活塞缸用于反馈控制是不可避免的选择。,正向方块图模型,阀口1和阀口2工作,阀口1,阀口2,反向方块图模型,阀口3和阀口4工作,阀口3,阀口4,系统结构图,忽略主回路管路压力损失，定量泵控制液压马达系统工作时，低压管路压力等于补油系统压力，负载阻力或负载阻力矩通过对称液压缸建立起来高压管路与低压管路的压力差。 变转速泵控对称缸液压动力元件的液压系统回路见下图。图中1为控制转速输入轴，定量泵2与对称缸7对应油口直接相连构成变转速泵控对称缸液压动力元件。蓄能器3和单向阀4构成补油系统。溢流阀5和6构成安全保护装置。,方块图,

33、结构图,变转速泵控对称缸液压动力元件的液压系统回路见下图。 动力电机1驱动变量泵2，变量泵2与定量马达7对应油口直接相连构成变排量泵控马达液压动力元件。斜盘摆角是控制指令输入。 蓄能器3和单向阀4构成补油系统，补油系统也可以采用其它型式，如液压泵与溢流阀构成的补油系统。溢流阀5和6构成安全保护装置。,方块图,驱动能力的影响因素,通过改变控制阀规格、供油压力、液压执行元件的规格，可以获得具有不同特性的液压动力元件，满足驱动不同负载的需求，并达到预期控制效果。,第5章 参考文献,1 H. E. Merritt. Hydraulic control systems. New York：John Wi

34、ley，1967. 2 成大先. 机械设计手册：液压控制. 北京：化学工业出版社. 2004.1. 3 王春行. 液压控制系统. 北京：机械工业出版社, 1995.1. 4 李洪人. 液压控制系统. 北京：国防工业出版社, 1990.8. 5 Dinca Liviu, Corcau Jenica, Lungu Mihai, Tudosie Alexandru. Mathematical models and numerical simulations for electro-hydrostatic servo-actuators. International Journal of Circui

35、ts, System and Signal Processing. 2008,2(4):229-238. 6 李光友等. 控制电机. 北京：机械工业出版社, 2010.1 7 李洪人. 非对称缸电液伺服系统分析与设计. 机床与液压6第三届技术研讨会专题报告1. 2008. 4: 32-411,第6章 机液伺服控制系统,机液伺服控制系统是仅由机械机构和液压元件构成的伺服控制系统。其含义是机液伺服控制系统的反馈环路中，没有电子器件参与控制信号传递，也即没有电子器件参与控制过程。 机液伺服控制系统的机械机构与液压元件经常被集成设计成一个整体，以一个复杂机械机构的形式出现，因此机液伺服控制系统经常被称

36、为机液伺服机构。 机液伺服控制系统经常被用作车辆动力转向装置、仿形机床刀架驱动控制装置、飞机舵机操纵装置的驱动与控制机构、二级电液伺服阀内部的机械负反馈控制系统、坦克装甲车辆的操纵助力装置等等。,直接反馈,将输出功率零件与控制滑阀阀套直接连接,液压动力元件输入信号为：,机构反馈,将输出功率零件与控制滑阀阀套只见通过机械机构进行连接,液压动力元件输入信号为：,机液位置伺服控制系统模型,反馈比较机构,液压动力元件,6.2.1 动力转向机液伺服机构,1油泵 2转向阀体 3转向阀芯 4推力轴承 5螺母 6杠杆 7左旋螺杆 8液压缸 9连接梯形架拉杆 10挡板 11弹簧 12定位弹子 13方向盘 14油

37、箱,一种常见的半整体式液压动力转向装置如图所示,系统模型,输出机构,液压动力元件,反馈比较机构,系统分析与建模,三通阀与节流孔组合建模,阀控缸液压动力元件建模,1阀体 2固定节流孔 3第二级滑阀阀芯 4固定节流孔 5第一级滑阀阀芯,系统原理方块图,系统模型,稳定条件,阀控缸液压动力元件,直接反馈,第6章 参考文献,1 Viersma T. J. Investigations into the accuracy of hydraulic servomotors. Philips Research Reports 16, Dec. 1961. 507596. 2 陈家瑞. 汽车构造. 人民交通出版

38、社. 2006. 3 H. E. 梅里特. 液压控制系统. 北京：科学出版社，1976,第7章 电液伺服控制阀,电液伺服阀和直驱阀是两类高性能电控液压控制阀，它们都可以用在电液伺服系统中，充当控制元件和放大元件。它们在电液伺服系统中的位置如图7.1所示。,目前现实情况，电液伺服阀和直驱阀都由专业化制造商研制和生产，人们总是较少有机会自行设计和研制自己将要使用的电液伺服阀和直驱阀。人们总是有更多的机会成为电液伺服阀和直驱阀的用户，而不是它们的设计者。依据应用性质不同，可以将电液伺服阀和直驱阀应用分类为研究型应用和工程型应用。相比较，工程型应用数量更大。,研究型应用需要深入研究电液伺服阀和直驱阀的

39、工作机理，探讨其关键技术，以便使其适应前沿技术研究的性能需求。 工程型应用则在了解电液伺服阀和直驱阀的工作机理的基础上，强调依托于生产制造商提供的说明书及技术参数资料，分析和设计电液反馈控制系统。 电液伺服阀和直驱阀分为流量控制阀和压力控制阀两大类。因目前普通工业较少采用压力控制阀，所以本章只介绍流量电液伺服阀或直驱阀。不加特别说明，在本书中电液伺服阀和直驱阀均指流量电液伺服阀和流量直驱阀。 工程实际中，也有一种带反馈的双电磁铁比例电磁换向阀被用于电液伺服控制的案例，这种带反馈的双电磁铁比例换向阀的结构相对简单，其性能虽然优于无反馈比例电磁换向阀，但其性能远不及直驱阀。本书不对其展开介绍，其选

40、用方法可参考直驱阀。 本章前面介绍电液伺服阀和直驱阀的结构、原理、特点，后面介绍电液伺服阀和直驱阀产品的性能描述及应用方法。,双喷嘴挡板力反馈电液伺服阀,1阀体 2固定节流孔 3第二级滑阀阀芯 4阀套 5喷嘴与挡板 6永磁体 7衔铁 8电磁线圈 9力矩马达外壳 10弹簧管 11反馈弹簧 12固定节流孔 13滤清器,零部件结构,结构展开图,1喷嘴 2喷嘴 3固定节流孔 4固定节流孔 5第二级滑阀阀芯 6永磁体 7衔铁 8电磁线圈 9弹簧管 10反馈弹簧,伺服阀系统方块图,系统开环伯德图,在双喷嘴力反馈电液伺服阀中，决定其动态特性的力反馈系统,7.1.2 滑阀式直接反馈两级伺服阀,1阀体 2固定节

41、流孔 3第二级滑阀阀芯 4固定节流孔 5第一级滑阀阀芯 6动圈力马达 7衔铁 8调节螺钉 9，10定位弹簧 11永磁体,结构展开图,1阀体 2固定节流孔 3第二级滑阀阀芯 4固定节流孔 5第一级滑阀阀芯 6，7定位弹簧,方块图,7.1.3 射流管力反馈流量电液伺服阀,1供油管 2永磁体 3衔铁 4射流管 5电磁线圈 6弹簧管 7接收器 8反馈弹簧 9滑阀,射流管力反馈电液伺服阀是一种高抗工作液污染，安全性好，低压性能优良的电液伺服阀。,原理方块图,7.1.4 三级流量电液伺服阀,三级电液流量伺服阀是为了满足大功率和特大功率负载驱动与控制需要。 采用二级电液流量伺服阀作为前置级控制元件，控制大功

42、率圆柱滑阀（大直径阀芯滑阀）阀芯位移。 从而能够控制大流量（如500-1000L/min），甚至控制特大流量。,1位移传感器 2控制电路板 3电缆 4二级电液伺服阀 5第三级滑阀,模型,7.2 直驱阀,直驱阀（direct drive valve, DDV）也称直驱伺服比例伺服阀(direct drive servo-proportional valve)，它是一类新型的控制阀，主要用于建构电液反馈控制系统。,性能明显优于比例电磁换向阀（既明显优于内部无反馈比例电磁换向阀，也明显优于内部有反馈的比例电磁换向阀）。,线性力马达结构图,1调零机构 2定位弹簧 3永磁体 4线圈 5直线轴承 6衔铁,

43、直驱阀原理,在直驱阀中， LVDT获取的阀芯位置信息的电信号，并将其作为反馈信号，传输给内嵌电子电路板。它将其与控制指令信号相比较，产生偏差信号，偏差信号经过放大后送给PWM电路，产生驱动线性力马达的电流信号，驱动滑阀阀芯一起运动，构成闭环负反馈阀芯位置控制系统。阀芯移动位置与指令电信号保持线性关系。,7.3产品特性描述、选型方法,流量压力特性, 压力特性,空载流量特性曲线, 内泄漏特性曲线,第7章 参考文献,1 M.S. Sadooghi1, R. Seifi and M. Saadat Foumani. Simulation and experimental validation of f

44、low-current characteristic of a sample hydraulic servo valve. Transaction B: Mechanical Engineering Vol. 17, No. 5, pp. 327-336 2 W. J. Thayer. Transfer introduction functions for Moog servovalves. Moog Inc. Controls division, East Aurora, NY 14052. Technical bulletin 103, 1958 3 W. J. Thayer. Speci

45、fication standards for electrohydraulic flow control valves. Moog servovalves. Moog Inc. Controls division, East Aurora, NY 14052. Technical bulletin 117, 1962 4 Bernard. Hydraulic servo control valves part3: state of the art summary of electrohydraulic servovalves and applications. WAPC technical r

46、eport 55-29 part 3. ASTIA No. AD118285 5 United States Patent. Patent No.: US005973470A 6 田源道. 电液伺服阀技术. 北京：航空工业出版社. 2008.1 7 黄增,候保国,方群,王学星. 射流管式与喷嘴挡板式电液伺服阀之比较J. 流体传动与控制. 2007,23(4):43-45. 8 9 www.boschrexroth.de 10 11 航空六零九所 12 www.calt- 航天十八所 13 中船四四一厂 14 Compensation for generic servoamplifier usa

47、ge with high performance direct drive valves . US patent No.5973470 15 北京机床所精密机电有限公司,第8章 电液控制系统动态设计,电液控制系统，也称电气液压控制系统，它指控制信号传输介质包括电气元器件的液压控制系统。 电液控制系统应用日趋广泛。目前，比较典型的电液控制系统有各种飞机机翼控制装置、液压振动台的控制系统、液压六自由度运动平台控制、钢板轧机的液压控制装置、液压负载模拟器等。,模拟电液控制系统,1指令电位器 2比较器和放大器 3电液伺服阀 4液压缸 5反馈电位器 6工作台,模拟电液控制系统,1电液伺服阀 2功率放大器

48、 3相敏放大器 4接收自整角机 5发送自整角机 6液压伺服马达,模拟电液控制系统,数字电液控制系统,Stewart 平台应用,平台控制系统结构,数字电液伺服作动器,1电液伺服阀 2油路块,3单出杆对称缸 4位移传感器,空间对接动力学模拟器,工作原理,六自由度模拟器控制系统,8.2 位置伺服系统动态设计,1反馈放大器 2机架 3液压缸 4电子伺服放大器 5电液伺服阀 6粘性阻力负载 7惯性负载,方块图,系统方块图,开环伯德图,系统的稳定条件,仿真结果,计算机仿真分析方法,8.2.2 变转速泵控位置系统,泵控对称液压缸控制系统是较常见的变转速泵控电液位置伺服系统。应用于飞机作动器、轮船舵机控制等。

49、 变转速泵控位置伺服系统原理图见下图。,1伺服电机 2定量液压泵 3蓄能器 4单向阀 5安全阀 6对称液压缸,原理方块图,系统结构用下图表示。液压动力元件是定量泵控对称液压缸。,电机泵模型,系统方块图,泵控开环速度控制系统,1动力电机 2变量液压泵 3补油泵 4溢流阀 5单向阀 6安全阀 7液压伺服马达 8惯性负载 9粘性阻尼负载 10斜盘控制油缸 11伺服阀 12油箱 13控制器+放大器 14位置反馈信号放大器,2. 有位置环泵控速度控制系统,1动力电机 2变量液压泵 3补油泵 4溢流阀 5单向阀 6安全阀 7液压伺服马达 8惯性负载 9粘性阻尼负载 10斜盘控制油缸 11伺服阀 12油箱

50、13速度反馈信号放大器 14控制器+放大器 15位置反馈信号放大器 16控制器+放大器,3. 无位置环泵控速度控制系统,1动力电机 2变量液压泵 3补油泵 4溢流阀 5单向阀 6安全阀 7液压伺服马达 8惯性负载 9粘性阻尼负载 10斜盘控制油缸 11伺服阀 12油箱 13速度反馈信号放大器 14控制器+放大器,系统结构,1机架 2对称液压缸 3电液伺服阀 4弹性负载,液压动力元件模型,校正前系统伯德图,校正后系统伯德图,第8章 参考文献,1 Robert N. Bateson, Introduction to control system technology. Pearson Educat

51、ion, Inc. 2002. 2 IIker Tunay, Ervin Y. Rodin, Arnold A. Beck. Modeling and robust control design for aircraft brake hydraulics. IEEE Transaction on Control Systems Technology. 2001,9(2): 319-329. 3 John W. Edwards. Analysis of an electro-hydraulic aircraft control-surface servo and comparison with

52、results. NASA Washington D.C. Augist 1972. NASA TN D-6928. 4 Doru Calarasu, Elena Serban, Dan Scurtu. Dynamic model of the rotative hydraulic motor under constant pressure. Proceedings of the 6th International Conference on Hydraulic Machinery and Hydrodynamics. Timisoara, Romania, October 21-22, 2004: 319-324. 5 Gert van Schothorst. Modelling of long stroke hydraulic servo systems for flight simulator motion control and system design. Doctor Thesis of Technology University of Delft. 1997.9 6 王洪瑞. 液压六自由度并联机器人运动