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《机液伺服系统》PPT课件

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伺服控制(电液伺服系统 )课件

伺服控制(电液伺服系统 )课件
20
（二）系统的闭环刚度特性
闭环惯性环节转折频率的无因次曲线
17
闭环振荡环节固有频率无因次曲线
当h和Kv/h较小时
nc h
18
当h和Kv/h较小时
2 nc 2 h — Kv / h
闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线
19
系统频宽主要受h和h的影响 和限制，应适当提高h和 h ， 但过大的 h会降低nc，影响响
应速度。
电液位置控制系统闭环频率特性曲线
4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率 接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很
大，阻尼系数比较高。
14
P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算
由于以上几点原因，估算时一般可用
Kv
h
3
电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定
裕量 易于保证。
6
位置比较用电压比较代替 缸
电液伺服阀 液压能源
样板 给定
xi 位移 ei 比较eg 电伺服 I
传感器
- 放大器
ef
力矩 马达
液压 放大元件
扰动
液压 xp
执行件
位移 传感器1
A 双传感器阀控位置控制系统
7
由计算机图 形代替样板
程序 ei 比较eg
给定
-
ef
电液伺服阀 液压能源
电伺服 i 放大器
力矩 马达
11
将电液伺服阀看成比例环节
Kv
Ke Kd Ka Ksv iDm
TL
K V ce
iD K m
4
s
t
1
e ce
i +

液压伺服控制(机液伺服系统)课件

液压伺服控制(机液伺服系统)课件
递函数式(3-18)中，因h很高而略去振荡环节，就成为
x p K q / Ap
xv
s
式中: Kq——阀的流量增益，Ap——小液压缸的活塞面积。
由此可见，用阀-缸组成的元件，不仅是放大元件，而且
还是一个积分元件。
28
3 (三)耗能元件——阻尼器
流量通过节流口，就消耗能量。所以用小液压缸及节流
器就组成液压阻尼器。
25
3 4.3.1 基本液压校正元件
校正元件主要由耗能、储能和放大等元件组成。
26
3 (一) 储能元件
最简单可靠的机械储能元件就是弹簧。它受力变形储存 能量，力撤消后复元而放出能量。另外，机械弹簧还是力-位 移转换元件，其线性好，工作可靠。
27
3 (二)放大元件
阀缸组合就是最简单的放大元件。 作为校正元件，它所需要的功事必然远小于系统负载运 动时的功率，也就是作校正元件用的小液压缸必然远小于作 执行元件用的液压缸。 因此，小液压缸的质量可忽略不计。这样，阀控缸的传
第四章 机液伺服系统
4.1 机液位置伺服系统 4.2 结构柔度对系统稳定性的影响 4.3 液压校正与动压反馈 4.4 机液扭矩放大器
3
4.1 机液位置伺服系统
液压动力元件是一个开环控制系统。
如果将液压执行元件的输出位移反馈到放大元件的输入 位移，就可构成闭环机液 位置控制系统。
闭环机液 位置控制系统主要用于输出功率不大于10kW 的场合：
=g。
31
3
因为 所以
Q d 2v
4
p
150l d 4
Q
RQ
式中，R——节流小孔液阻，计算式为
R
150l d 4
活塞运动时的阻尼力F为

液压伺服和比例控制系统ppt

液压伺服和比例控制系统ppt

差） 经放大器放大后，加于电液伺服
阀转换为液压信号（图中A、b)，以推
动液压缸活塞，驱动控制对象向消除偏
差方向运动。当偏差为零时，停止驱动，
因而使控制对象的位置总是按指令电位
图 7-9 统
电液伺服系
器给定的规律变化。
1-电位器；2-电液伺服阀；3-
液 压缸；4-负载；5-反 馈；
6-指令电位器；7-放大器
液压伺服和比例控制系统
第一节 液压伺服控制 第二节 电压比例控制
液压伺服阀
液压伺服阀是液压伺服系统中最重要、最基本的组成部分，它 起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用。电液伺服阀是应用最广 泛的一种，它在接受电器信号模拟后，相应输出调制的流量和压力控 制信号，控制系统压力、流量、方向的变化。它既是电液转换元件， 也是功率放大元件，它能够将小功率的微弱电器输入信号转换为大功 率的液压能（流量和压力）输出。在电液伺服系统中，它将电气部分 和液压部分连接起来，实现电液信号的转换与液压放大。电液伺服阀 是电液伺服系统控制的核心。
量油增路加关，闭而，滑液阀压开缸x0口不量动逐，渐负减载少停。止当在x一0 增个加新到的
x0
位置
上
x时i ，则开口量为零，
，达到一个新的平
衡状态。
号继续如向果右继运续动给。控反制之滑,若阀给向控右制的滑输阀入输信入号一个x负i ，位液移压x缸i 就0会(向跟左随为这负个）信
液压伺服阀系统
反液之压缸,若就给会控跟制随滑这阀个输信入号一向个左负运位动移。xi 0 (向左为负）输入信号，则
液压伺服阀
3〕射流管式伺服阀
组成：如图7-3所示,采用衔铁式力矩马达8带动 射流管及其接收口2，两个接收口直接和滑陶阀 芯5两端面连接，控制滑阀阀芯运动。滑阀陶芯 5靠一个板簧定位,其位移与滑阀阅芯两端压力 差成比例。

伺服系统概述 PPT课件

伺服系统概述 PPT课件

12 伺服系统概述
伺服系统的特点和功用
• 伺服系统与一般机床的进给系统有本质上差别，它能根据 指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置 • 伺服系统是数控装置和机床的联系环节，是数控系统的重 要组成
12 伺服系统概述
二、伺服系统基本类型
按控制原理分 有开环、闭环和半闭环三种形式 按被控制量性质分 有位移、速度、力和力矩等伺 服系统形式 按驱动方式分 有电气、液压和气压等伺服驱动形式 按执行元件分 有步进电机伺服、直流电机伺服和交 流电机伺服形式
12 伺服系统概述
气压系统与液压系统的比较
1.
2.
3. 4.
5.
空气可以从大气中取之不竭且不易堵塞；将用过的气体排入大 气，无需回气管路处理方便；泄漏不会严重的影响工作，不污 染环境。 空气粘性很小，在管路中的沿程压力损失为液压系统的干分之 一，易于远距离控制。 工作压力低．可降低对气动元件的材料和制造精度要求。 对开环控制系统，它相对液压传动具有动作迅速、响应快的优 点。 维护简便，使用安全，没有防火、防爆问题；适用于石油、化 工、农药及矿山机械的特殊要求。对于无油的气动控制系统则 特别适用于无线电元器件生产过程，也适用于食品和医药的生 产过程。
优点
操作简便；编程容易； 能实现定位伺服控制； 响应快、易与计算机 （CPU）连接；体积小、 动力大、无污染。
缺点
瞬时输出功率大；过载 差；一旦卡死，会引起 烧毁事故；受外界噪音 影响大。 功率小、体积大、难于 小型化；动作不平稳、 远距离传输困难；噪音 大；难于伺服。 设备难于小型化；液压 源和液压油要求严格； 易产生泄露而污染环境。
12 伺服系统概述
三、伺服系统基本要求
精度高： 稳定性好：

电液控制-机液伺服系统

电液控制-机液伺服系统

四、液压转矩放大器
Hale Waihona Puke 反馈机构为 螺杆、螺母 液压马达轴完全跟 踪阀芯输入转角而 转动。但输出力矩 比输入力矩要大得 多，故称液压转矩 放大器。
电液步进马达
以惯性负载为主时，可分析得
方框图为：
则系统方框图为：
§系统稳定性分析
液压伺服系统的动态分析和设计一般都是以稳定性要求为 中心进行的。
令G(s)为前向通道的传递函数，H(s)为反馈通道的传递函 数，由以上的方框图可得系统的开环传递函数为：
含有一个积分环节，故系统为Ⅰ型系统。
可绘制开环系统伯德图，如下图所示：
对伯德图的分析
幅值穿越频率ωc≈Kv 相位穿越频率ωc=ωg 为了使系统稳定， 必须有足够的相位裕 量和增益裕量。 由图可见，相位裕 度已为正值，为使幅 值裕度为正值，可计 算求得要求： K 2
与全闭环系统相比，半闭环系统的稳定性好得多，但精度较低。
综上所述，由于结构柔度的影响，产生了结构谐振和液压谐 振的耦合，使系统出现了频率低、阻尼比小的综合谐振，综合谐 振频率ωn和综合阻尼比ξn常常成为影响系统稳定性和限制系统频 宽的主要因素，因此提高具有重要意义。 提高ωn 就需要提高结构谐振频率ωs，就要求负载惯量减小 （但已由负载特性决定），结构刚度增大（提高安装固定刚度和 传动机构刚度，尤其是靠近负载处的传动机构的结构刚度）。 增大执行元件到负载的传动比，可提高液压固有频率；提高 液压弹簧刚度的方法也可提高液压固有频率，从而提高综合谐振 频率。
反馈从活塞输出端Xp取出时，构成为半闭环系统，其方框图 为：
此时系统开环传函中含有二阶微分环节，当ωs2和ωn靠得很 近时，会有零极点相消现象，使综合谐振峰值减小，从而改善 系统稳定性，如曲线b所示。 系统闭环传函为：

液压伺服系统控制PPT课件

液压伺服系统控制PPT课件

二、按被控物理量的名称分类 位置伺服控制系统、速度伺服控制系统、其它物理
量的控制系统。 三、按液压动力元件的控制方式或液压控制元件的形 式分类
节流式控制(阀控式)系统：阀控液压缸系统与阀控 液压马达系统
容积式控制系统：伺服变量泵系统与伺服变量马达 系统。 四、按信号传递介质的形式分类
机械液压伺服系统、电气液压伺服系统与气动液压 伺服系统等。
太空梭
3D动态模拟器
动感电影院
动态飞行模拟器
手臂式升降平台
点焊机器人
雷射机械手追踪系统
大白天，还吃饱了就睡…
传统点到点闭回路液压控制系统
闭回路液压伺服机构
图是泵控式电液速度控制系统的原理图。该
系统的液压动力元件由变量泵和液压马达组 成，变量泵既是液压能源又是液压控制元件。
泵控式电液速度控制系统的工作原理方块图
反馈之形式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
输入讯号与输出讯号关系
液压伺服位置控制系统
液压伺服速度控制系统
液压伺服速度控制系统
第一章 绪论 Introduction of Hydraulic
Servo Control
1-1 液压伺服控制定义
伺服控制
控制物体的位置、方向、姿态，并能追踪任意 变化之目标的控制系統。（JIS）
液压伺服控制
液压伺服控制系统是以液压动力元件作驱动装 置所组成的反馈控制系统。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。同时。还对输入信号进行功率
微机液压伺服控制系统
液压伺服系统组成
• 输入元件 • 反馈测量元件 • 比较元件 • 放大转换元件 • 执行元件 • 控制对象
伺服控制应用实例

液压伺服系统电液伺服系统课件

发展趋势
随着科技的不断发展，液压伺服系统也在不断创新和完善。未来，液压伺服系统将朝着智能化、数字 化、网络化方向发展，实现更高效、更精准的控制。同时，液压伺服系统还将更加注重环保和节能， 推动绿色制造和可持续发展。
02 电液伺服系统基础知识
电液转换元件
01
02
03
伺服阀
将电气信号转换为液压流 量或压力，实现液压执行 机构的精确控制。
速度同步
采用液压伺服系统实现多工位、多执行机构的速 度同步，优化生产流程。
航空航天领域中的应用
飞机起落架收放系统
通过电液伺服系统实现飞机起落架的平稳收放，确保飞行安全。
发动机推力控制
利用液压伺服系统对航空发动机进行精确的推力控制，提高飞行 性能。
飞行姿态调整
采用电液伺服系统实现飞行姿态的快速、精确调整，满足复杂飞 行需求。
仿真分析
在系统模型的基础上，进行仿真分析，包括系统动态响应、控制精度、稳定性等方面的评估，以验证设计的合理性。
优化设计
根据仿真分析结果，对系统进行优化设计，包括调整元件参数、改进控制策略等，以提高系统性能。
04 电液伺服系统实现技术
硬件平台搭建
控制器选择
根据系统需求，选用合适的控制器，如PLC、DSP等，确保控制精 度和实时性。
元件选型与计算
元件选型
根据规格书要求，选择合适的液压泵 、马达、阀等元件，确保系统性能达 标。
元件计算
对所选元件进行详细的计算和分析， 包括流量、压力、功率等参数，确保 元件之间的匹配性和系统的稳定性。
系统仿真与优化
系统建模
利用AMESim、MATLAB/Simulink等仿真软件，建立液压伺服系统的数学模型，为后续仿真分析提供基础。

机液伺服系统.共82页


机液伺服系统.
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯

九、机液伺服系统

K v 2 n n
培训讲义
培训讲义
另外，开环放大系数越大，系统的控 制精度也越高。所以要提高系统的响 应速度和精度，就要提高开环放大系 数，但要受稳定性限制。通常液压伺 服系统是欠阻尼的，由于阻尼比小限 制了系统的性能。所以提高阻尼比对 改善系统性能来说是十分关键的。
培训讲义
结构柔度对系统稳定性的影响
一、基本方程与传递函数
培训讲义
培训讲义
根据波德图给出稳定性条件：
20 lg G ( j h ) H ( j h ) 20 lg Kg 2 h h 0
Kv 2 h h 1
由图所示的伯德图可以看出，穿越频 率近似等于开环放大系数。安际上穿 越频率稍大于开环放大系数，而系统 的频宽又稍大于穿越频率。所以开环 放大系数愈大，系统的响应速度愈快。
Xv
二、考虑结构柔度的系统稳定性
（一）全闭环系统的稳定性 假定反馈从负载端取出构成全闭环系统。开环系统的伯德图见图 4—7曲线，此时系统的稳定条件为 K 2 ，系统的稳定性和频 宽受综合谐振频率和综合阻尼比所限制。
v n n
培训讲义
X
p

K q s2 2 1 Ap s2 s2 2 n s 2 s 1 n n
2
培训讲义
结构柔度对系统稳定性的影响
培训讲义
负载力平衡方程
K s2 ( X
p
X L ) m L s X L B L sX L F L
2
缸体力平衡方程
PL A p m c s X c B p s ( X
2 p
X c ) K s1 X c
培训讲义
对上述三个力平衡方程简化后得：

液压系统机液伺服系统

液压伺服系统
三、液压伺服系统
（1）机液伺服系统
b) 轮式车辆液压助力转向控制系统
液压伺服系统
图18 液压助力转向控制系统
三、液压伺服系统
（1）机液伺服系统
b) 轮式车辆液压助力转向控制系统
如图18所示，转向控制系统主要包括转向器、控制阀、液压缸、转向梯形机 构、反馈机构等几部分。车辆转向时，操纵方向盘1，使转动θi角度，通过锥齿 轮变换，使丝杆2沿反馈机构3中的丝母产生轴向移动。同时，与丝杆相连的机液 伺服阀4（滑阀）的阀芯轴向位移，换向阀处于一开口状态，如右位，两只转向 液压助力缸5的下腔进油，上腔回油，活塞杆推动转向梯形机构6运动，车轮偏转 θc角，此即输出量θc对输入量θi的响应过程。当转向时，输出量θc通过反馈机构 的传递，反作用于丝杆2，使与之相连的阀芯向相反方向移动，直到使阀关闭处 于中位，液压缸在新的位置停止不动，θc达到一个定值，此即输出量θc对输入θi 的反馈作用。
液压伺服系统 液压伺服元件 电液伺服阀
二、液压伺服元件
航天十八所产品
液压伺服系统 液压伺服元件 电液伺服阀
二、液压伺服元件
（2）电液伺服阀
➢ 射流管式型两级电液伺服阀
请分析此伺服阀的工作原理：
液压伺服系统
图14 射流管式两级电液伺服阀
液压伺服元件 电液伺服阀
二、液压伺服元件
（2）电液伺服阀
图15 电液伺服阀的图形符号
液压伺服系统
小结：
（1）介绍了两种典型的电液伺服阀：动圈式力马达型单级电液伺服阀和 喷嘴挡板式力反馈型两级电液伺服阀；
（2）介绍了两种典型的机液伺服系统：液压仿形刀架和轮式车辆液压助 力转向控制系统。
液压伺服系统 液压伺服元件 电液伺服阀
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s
s2

h2

2 h h
s
1
s FL

ab
液压能源
Xi
指令
a
杠杆比较
XV
ab -
液压动力元件
伺服阀 液压缸
扰动
飞机 XP 舵机
阀控缸传递函数
b ab
杠杆比较
Xi a
xv
Kq
ab
- Ap
FL －、工作原理及传递函数
1 Ap2
( Vt
4e
s KCe )
动力元件
线性定常系统稳定的充要条件：
是特征方程的根具有负实部；或者说系统的闭环极点均 位于复平面的左半部。
稳定判据：
（1）劳斯判据：是一种代数判据 （2）乃氏判据：是一种几何判据 （3）对数频率特性的稳定判据
即利用开环系统的波德图来判别系统的稳定性。
系统的频域指标 :
1、开环频域指标 ： 穿越频率：wc (又称增益交界频率）。
液压动力元件
伺服阀 液压缸
扰动
飞机 XP 舵机
文字方框图
b ab
－、工作原理及传递函数
Xi
指令
a
杠杆比较
XV
ab -
液压能源
液压动力元件
伺服阀 液压缸
扰动
飞机 XP 舵机
b ab
Xp

Kq Ap
Xv

Kce Ap2
1
Vt
4 e K ce
s

s2
h2

2 h h
s

s

s2

2 h
,



h


穿越频率
幅值裕量
相位裕量30 °～60 °
开环传递函数
Kv
Kv
Kv
N
N Kv
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
1
s FL

不考虑反馈的阀控缸传递函数
杠杆比较
Xi a
ab
xv Kq
- Ap
－、工作原理及传递函数
FL
1 Ap2
( Vt
4e
s

KCe )
动力元件
1
xp
s(s 2h2

2 h h
s 1)
b
Xp

Kq Ap
Xv

Kce Ap2
1
Vt 4 e K ce
指开环波德图上幅频特性的幅值（增益） L=0处的频率值。
相位裕量γ：指在wc处[开环剪切（穿越）频率]
的开环相频特性与－180°线的相位差，即γ ＝ 180°+φ (wc)。一般要求： γ＝ 30 °～60 °
幅值裕量Kg： 又称增益裕量。指在相位等
于 －180°时的频率处 wg处（称相位交界频 率）幅频特性幅值的相反数，即 Kg＝－L （wg）（dB)，一般要求Kg＞ 6dB。
第4章 机液伺服系统
本章摘要
概念： 由机械反馈装置和液压动力元件所组 成的反馈控制系统称为机械液压伺服系统。 主要用来：进行位置控制，也可以用来控制 其它物理量，如原动机的转速控制等。
第4章 机液伺服系统
本章摘要
机液位置伺服系统 结构柔度对系统稳定性的影响 动压反馈装置和液压转矩放大器
第4章 机液伺服系统
将输入量与反馈量比较后的误差信号对输出 量不断调整以求减少误差的系统称随动系统或伺 服系统。
如果比较反馈元件由机械元件充当，则称为 “机液伺服系统”，以区别于电反馈系统。
“机液伺服系统”广泛的应用于飞机舵面控 制、火炮瞄准机构操纵、车辆转向控制、仿形机 床以及伺服变量泵等处。
第4章 机液伺服系统
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
1
xp
s
(
s2

2 h

2 h h
s 1)
b ab
开环传递函数
方框图简化
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
一、工作原理及传递函数
开环 传递函数
开环传递函数
传递函数
方框图的画法





Kv s
,
h

GH



Kv
2 h h
,
h

Kv
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
4.1 外反馈机液伺服系统
影响机液伺服系统稳定性的主要因素：
1 系统开环增益 2 积分环节
3 系统固有频率和阻尼比 4 延时环节和非最小相位环节
系统稳定的充要条件
控制理论中所讨论的稳定性是指自由振荡下的稳定性，即讨论输入线性定常 系统为零而初始偏差不为零时，自由振荡是收敛的还是发散的。
xXPp
xXpP 舵机位移
Xxi i
手
a
xXv11
杠杆比较
xv
ab
-
xXv 22
b
XxP p
比较反馈原理
ab
手动
Xi b
pS
比较杠杆 XV
比较元件要求：
1）与指令元件相连（手） 2）与被控对象相连（舵机） 3）与放大元件相连（阀芯）
a
舵机位移
XP
Xi
指令
a ab
杠杆比较
XV
-
飞机舵机
液压能源
由液压放大元件和液压执行元件所组发的液 压动力元件，实际上就是一个开环控制系统。
如果将液压执行元件的输出位移量与指令信 号相比较后的误差信号再控制液庄放大元件，就 是闭环位置控制系统。
也就是说，在开环控制的基础上，通过负反 馈装置—即比较元件+测量反馈元件就可以构成 闭环液压控制系统。
第4章 机液伺服系统





Kv s
,
h

GH



Kv
2 h h
,
h

Kv

s

s2

2 h
,



h


穿越频率
幅值裕量
相位裕量30 °～60 °
二、稳定性分析
20 lg Kv
1
20 lg Kv
系统的频域指标
2、闭环频域指标 ：
谐振频率：wγ 。指闭环波德图上的幅值（增益）为最大Lmax处的频率 值。一般要求wγ ＞300rad/s。 谐振峰值Mγ：指对应于Lmax 的闭环频率特性的幅值，一般要求Mγ ＜ 1.04
闭环截止频率wb：指闭环波德图上,当幅值特性的增益值下降到零频率 处增益值以下3dB时所对应的频率。 相应0～ wb称为系统频宽。一般 要求wb ＝0 ～ 400 rad/s。系统频宽有时称幅频宽，用w-3dB 表示。 -90 °带宽w-90 ° 。指在闭环波德图上，零频率到相频特性＝-90 ° 处 所对应频率的频率范围，一般要求w-90＝ 0～350 rad/s。带宽w-90 有时 称相频宽
－、工作原理及传递函数
阀开口量为: xv xv1 xv2
飞机舵机液控制系统上应用
升 力
阻力
指令位移
Xi
pS
比较杠杆
XV
飞机舵机
舵机位移
XP
XP
4.1 外反馈机液伺服系统（杠杆比较反馈）
指令
xXii
b
xv1
X1 a
b
-xXv2 2
手动
Xxi i XxVv
a
2