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第8章 液压伺服和电液比例控制技术

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第8讲 电液比例压力阀

第8讲 电液比例压力阀


当电磁换向阀通电使电梯下降时，阀芯运动很快，这表明 液压缸活塞很快加速到其最大速度（最大速度通过设定流 量控制阀F来确定）。电梯的这种突然启动会使乘客感到非 常不舒服。
F
同样，当电梯到达目的地时，因电磁换向阀的很快关闭，也会使电梯突 然停止，从而再次使乘客感到不舒服。在实际液压系统中，由执行元件 的突然启停而产生的冲击还会造成压力尖峰，这也是容易引起系统泄漏 的情况之一。
力
时间
在这种情况下， 不仅需要控制执 行元件的最大压 力，而且还需控 制施加或消除压 力的速率。
力
时间
实际上，机器 工作循环由一 系列斜坡和保 持周期组成， 这些周期都可 以通过比例阀 来实现。
力
时间
在机器工作循环末段，对许多过程 来说，压力下降速率也是非常关键 的。
力
因此，采用比例阀可 以实现运动和力控制 ，且在有些场合，同 一种比例阀既可用于 运动控制，也可用于 力控制。这通常涉及 到 “ PQ” 控 制 ， 如 控 制 压 力 (P) 和 流 量 (Q) 。
三、电子控制
通常，比例电磁铁的线圈电流由功率放
大器（电子放大器）来控制。功率放大 器本身需要一个电源（一般为12 或 24 VDC ）和一个输入信号。
功率放大器输出（电流）由输入信号控制，当输 入信号为零时，输出信号也为零。
24 V DC
当输入信号增大时，功率放大器的输出信号也相 应地增大。
24 V DC
距离
加速度
时间
2. 控制执行元件速度，若有必要，对于变负载， 应保持其恒定。
距离
速度
加速度
时间
3. 平滑减加速度，并使压力峰值最小。
距离
减速度 速度
加速度
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。
液压伺服、比例控制

液压伺服、比例控制

液压伺服系统工作原理1.1 液压伺服系统工作原理液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。

电液伺服系统通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。

液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。

液压伺服系统的工作原理可由图1来说明。

图1所示为一个对管道流量进行连续控制的电液伺服系统。

在大口径流体管道1中，阀板2的转角θ变化会产生节流作用而起到调节流量qT的作用。

阀板转动由液压缸带动齿轮、齿条来实现。

这个系统的输入量是电位器5的给定值x i。

对应给定值x i，有一定的电压输给放大器7，放大器将电压信号转换为电流信号加到伺服阀的电磁线圈上，使阀芯相应地产生一定的开口量x v。

阀开口x v使液压油进入液压缸上腔，推动液压缸向下移动。

液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱。

液压缸的向下移动，使齿轮、齿条带动阀板产生偏转。

同时，液压缸活塞杆也带动电位器6的触点下移x p。

当x p所对应的电压与x i 所对应的电压相等时，两电压之差为零。

这时，放大器的输出电流亦为零，伺服阀关闭，液压缸带动的阀板停在相应的qT位置。

图1 管道流量（或静压力）的电液伺服系统1—流体管道；2—阀板；3—齿轮、齿条；4—液压缸；5—给定电位器；6—流量传感电位器；7—放大器；8—电液伺服阀在控制系统中，将被控制对象的输出信号回输到系统的输入端，并与给定值进行比较而形成偏差信号以产生对被控对象的控制作用，这种控制形式称之为反馈控制。

反馈信号与给定信号符号相反，即总是形成差值，这种反馈称之为负反馈。

用负反馈产生的偏差信号进行调节，是反馈控制的基本特征。

而对图1所示的实例中，电位器6就是反馈装置，偏差信号就是给定信号电压与反馈信号电压在放大器输入端产生的△u。

电液伺服控制8

电液伺服控制8


机座
伺服 放大
气液压伺服控制
电液伺服控制实例
机电一体化技术
光电式边缘位置检测器电路
测量电路 1-光源 2-扩束透镜 3-平行光束透镜 4-会聚透镜 光源 扩束透镜 平行光束透镜 会聚透镜 光路 5-光电池 光电池E1 6-带材 7-温度补偿光电池 温度补偿光电池E2 8-遮光罩 9-跑偏指示 光电池 带材 温度补偿光电池 遮光罩 跑偏指示
气液压伺服控制
气动传动
机电一体化技术
气液压伺服控制
电液伺服控制实例 系统组成
张力棍组1 张力棍组
带材张力控制系统
热处理炉 转向棍
M2

机电一体化技术
张力棍组2 张力棍组
M1
力传感器 浮动棍
液压缸
伺服 放大
－
张力给定 ＋
气液压伺服控制
电液伺服控制实例 控制原理
热处理炉内的钢带张力对钢材性能产生较大影响， 热处理炉内的钢带张力对钢材性能产生较大影响，因此对簿带材 连续生产提出了高精度恒张力控制要求。 连续生产提出了高精度恒张力控制要求。 带钢张力由张力棍组1和 来建立 用电动机1作牵引 电动机2作 来建立， 作牵引， 带钢张力由张力棍组 和2来建立，用电动机 作牵引，电动机 作 为负载以造成所需张力。 为了满足张力波动控制在2%~3%的要求 ， 为负载以造成所需张力 。 为了满足张力波动控制在 的要求， 的要求 在两张力棍组之间设立一液压伺服控制系统来提高控制精度。 在两张力棍组之间设立一液压伺服控制系统来提高控制精度。在转向 棍轴承座下方安装力传感器， 棍轴承座下方安装力传感器，将检测到的实际张力与给定张力进行比 较。 当实际张力与给定张力相等时，偏差信号为零，伺服阀无输出， 当实际张力与给定张力相等时，偏差信号为零，伺服阀无输出， 液压缸保持不动；当张力增大时， 液压缸保持不动；当张力增大时，偏差信号经伺服放大和电液伺服阀 使液压缸活塞向上移动，抬起浮动滚，张力减小到额定值； 使液压缸活塞向上移动，抬起浮动滚，张力减小到额定值；当张力减 小时，偏差信号使液压缸活塞向下移动，浮动滚下移张紧钢带， 小时，偏差信号使液压缸活塞向下移动，浮动滚下移张紧钢带，使张 力升高到额定值。 力升高到额定值。 机电一体化技术
电液比例与伺服控制技术智慧树知到答案章节测试2023年安徽机电职业技术学院

电液比例与伺服控制技术智慧树知到答案章节测试2023年安徽机电职业技术学院

绪论单元测试1.电液比例控制工作原理包含开环比例控制和闭环比例控制两种。

（）A:错B:对答案:B2.闭环控制系统，在受到干扰时仍能消除偏差或能把偏差控制在允许范围之内。

（）A:对B:错答案:A3.液压伺服控制系统又称随动系统或跟踪系统，是一种（）系统。

A:自动控制B:半自动答案:A4.液压执行器通常是指（）。

A:液压缸或马达B:控制阀C:液压泵答案:A5.由电液伺服阀将电信号按比例转换为液压功率输出的电液控制技术称为（）技术。

A:电液伺服控制B:电液比例控制答案:A第一章测试1.比例电磁铁与普通电磁铁不同的是，比例电磁铁的电磁力大小取决于（）。

A:线圈匝数B:电流大小C:衔铁长度D:外壳尺寸答案:B2.耐高压直流比例电磁铁的优点是（）。

A:使用普通材料B:工艺性好C:简单可靠D:输出的力和位移较大答案:ABCD3.比例式电磁铁，其电磁吸力与负载反力（）。

A:相差很大B:相等C:不能确定D:方向相同答案:B4.比例电磁铁是否带有内置的位移传感器而区分为力控制型和行程控制型两种。

（）A:对B:错答案:A5.带有线性位置传感器的比例电磁铁被称为行程控制型比例电磁铁。

（）A:对B:错答案:A第二章测试1.溢流阀常态下阀口处于关闭状态，减压阀在常态下处于开启状态。

（）A:对B:错答案:A2.下列比例阀中，能够控制多个参数的是（）。

A:比例节流阀B:比例减压阀C:比例溢流阀D:比例方向阀答案:D3.比例阀溢流阀的不同压力等级要靠改变（）。

A:阀芯长度B:调压弹簧C:阀座的孔径D:调节螺钉答案:C4.比例调速阀对压差进行压力补偿的方式是采用（）。

A:方向阀B:电磁铁C:减压阀D:弹簧答案:C5.比例方向阀是一种比例复合阀，复合了方向与流量控制两种功能。

（）A:对B:错答案:A第三章测试1.当某个支路所需的工作压力低于溢流阀的设定值时，或要求支路有可调的稳定的低压力时，就要采用（）。

A:减压回路B:增压回路C:调压回路D:添加液压泵答案:A2.电液比例速度调节，有三种常用的方式是（）。

电液比例技术

电液比例技术

电液比例技术 1．1 电液比例技术的发展概况

传统的液压控制方式是开关型控制，这是迄今为止用得最多 的一种控制方式。它通过电磁驱动或手动驱动来实现液压流体的 通、断和方向控制，从而实现被控对象的机械化和自动化。但是 这种方式无法实现对液流流量、压力连续地按比例地控制，同时 控制的速度比较低、精度差、换向时冲击比较大，因此在许多场 合下不宜采用。第二次世界大战期间，由于以飞机、火炮等军事 装备为对象的控制系统，要求快速响应、高精度等高性能指标， 在这个背景下迅速发展了电液伺服控制。这种控制方式可根据输

主讲人 张金涛
电液比例技术
1．4 电液比例控制系统的分类

按被控量是否被检测和反馈来分类，可分为开环比例控制和 闭环比例控制系统。目前的应用以开环控制为主，由于整体闭环比 例阀的性能与伺服阀无异，采用闭环控制的场合会越来越多。

按控制信号的形式来分类，可以分为模拟式控制和数字式控 制。后者又分为脉宽调制，脉码调制和脉数调制等。
入信号(如电流)的大小连续、按比例地改变液流的流量、压力和
方向，克服开关型控制的缺点，实现高性能的控制要求。 主讲人 张金涛
电液比例技术
1．1 电液比例技术的发展概况

60年代电液伺服控制日趋成熟 ，迅速向民用工业推广。但 是在向民用工业推广的过程中，液压伺服系统暴露出了它致命的 弱点：元件的制造精度要求很高，成本昂贵；对油污染十分敏感， 因此对系统的维护要求高；控制损失(阀压降)较大。因为一般工 业控制系统，它要求精度不那么高，响应也不需要那么快速，却 要求系统对油液污染不敏感，维护简单，成本低廉，于是人们就 想到如何发展廉价的伺服控制，这便导致研究和发展电液比例控 制技术。
主讲人 张金涛
电液比例技术
电液比例控制技术

电液比例控制技术

电液比例控制技术什么是比例控制？电子液压比例控制是指按电输入信号调制参数。

这是一种理想的液压系统与电子液压系统与电子系统的结合，可用于开环或闭环控制系统中，以实现对各种运动进行快速、稳定和精确的控制。

这类控制是现代新式机器及工厂所必须的。

电子液压系统是全自动化学科中的一个组成部分。

精据控制、警报等信息可以以一种简洁的方式，通过现场总线从电子液压系统传送到集中控制系统，或从集中控制系统传送到电子液压系统。

1. 开关阀技术开关系统使用机械可调式(手调式)压力阀、流量阀，压力继电器，行程开关等器件。

其电信号的处理，由继电器技术或可编程控制器实现。

在开关型电液系统中，方向的变换，液压参数压力与流量的变化，通过电磁信号实现，这是一种传统的，多数为突变式的变化。

伴随发生的是换向冲击和压力峰值，经常导致器件的提前磨损、损坏。

过渡过程特性，例如加速过程与减速过程，主要是通过昂贵的机械凸轮曲线来实现控制。

2. 比例阀技术模拟式开环控制系统，使用各种比例阀和配套的电子放大器。

压力、流量和方向的设定值由模拟电信号（电压）预先给出，过渡过程特性通过斜坡函数设置。

预置设定值的调用，由机器控制，现今，一般配置了可编程控制器。

用这种技术，实现了各种高要求问题的解决，特别是加速过程与减速过程的控制。

比例阀一般作为控制元件，运行于开环控制系统。

其重要的特征是开环的工作过程，即在各个步骤（环节）与构件之间，没有回答（响应）和校正器件。

输出信号与输入信号之间的关系，由系统中各个元件的传递特性得出。

这里如果出现了误差，则输出信号将受到其牵制。

这种误差由油液泄漏，油液的压缩性，摩擦，零点漂移，线性误差，磨损等引起。

在速度控制中，最重要的干扰量就是加在液压缸/液压马达上负载的波动，这可通过压力补偿器来调节节流阀阀口的压力差，而部分地加予补偿。

3. 闭环比例阀控制技术闭环调节技术使用闭环比例阀（伺服阀），连续检测实际值的传感器，和闭环电控器。

电液伺服与比例控制简介

电液伺服与比例控制简介


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2、射流管式电液伺服阀 图10-3是MOOG公司D661-G系列位移电反 馈射流管式伺服阀的结构示意图，本书以该阀为 例介绍射流管阀的工作原理。
图10-3 射流管式二级电液伺服阀 1—力矩马达；2—射流管；3—放大器；4—位置反馈 传感器；5—主阀芯
指令信号和 反馈信号的差值 通过电流负反馈 放大器3放大作 用在先导阀的力 矩马达1上，如 果差值不为零， 这样产生的转矩 驱动射流管2发 生偏转，使得主 阀芯5两端产生 压降而发生移动。 同时，位置反馈 传感器4与主阀 一起移动，
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1、电液比例方向阀
1. 直动式的比例方向阀 图10-4是最普通的直动式比例方向阀的典型结构。
图10-4 直动式比 例方向阀 1—阀体 2—控制 阀芯 3、4—弹簧 5、6—电磁铁 7— 丝堵
工作原理：电磁铁5和6不带电时，弹簧3和4将控制阀 芯2保持在中位。比例电磁铁得电后，直接推动控制阀芯2， 例如，电磁铁b（6）得电，控制阀芯2被推向左侧，压在 弹簧3上，位移与输入电流成比例。这时，P口至A口及B 口至T口通过阀芯与阀体形成的节流通道。电磁铁6失电， 2被3重新推回中位。弹簧3，4有两个任务：①电磁铁5和 6不带电时，将控制阀芯2推回中位；②电磁铁5或6得电时， 其中一个作为力—位移传感器，与输入电磁力相平衡，从 而确定阀芯的位置。 12
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电气伺服放大器、电液伺服阀均属于此类元件。 执行元件——将产生调节动作的液压能量加 于控制对象上的元件，如液压缸和液压马达。 控制对象——各类生产设备，如机器工作台、刀 架等。 比例控制元件的也包括上述六部分组成，所 不同的是放大、能量转换元件为比例放大器和电 液比例阀。
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液压与气动技术全套课件

液压与气动技术全套课件

目录第一章液压传动基础知识绪论第二章液压动力元件第三章液压执行元件第四章液压控制元件第五章液压辅助元件第六章液压基本回路第七章典型液压传动系统第八章液压伺服和电液比例控制技术第九章液压系统的安装和使用第十章液压系统的故障诊断与排除第十一章气源装置及气动辅助元件第十二章气动执行元件第十三章气动控制元件第十四章气动基本回路第十五章气压传动系统实例一、液压与气压传动的研究对象液压与气压传动是以有压流体(压力油或压缩空气)为工作介质，来实现各种机械的传动和自动控制的传动形式。

液压传动传递动力大，运动平稳，但由于液体粘性大，在流动过程中阻力损失大，因而不宜作远距离传动和控制；而气压传动由于空气的可压缩性大，且工作压力低(通常在1.0MPa以下)，所以传递动力不大，运动也不如液压传动平稳，但空气粘性小，传递过程中阻力小、速度快、反应灵敏，因而气压传动能用于远距离的传动和控制。

二、液压与气压传动的工作原理图0-1 液压千斤顶a)液压千斤顶原理图b)液压千斤顶简化模型1－杠杆手柄2－小缸体3－小活塞4、7－单向阀5－吸油管6、10－管道8－大活塞9－大缸体11－截止阀12－通大气式油箱1.力比例关系或(0-1)式中A1、A2分别为小活塞和大活塞的作用面积；F1为杠杆手柄作用在小活塞上的力。

在液压和气压传动中工作压力取决于负载，而与流入的流体多少无关。

2.运动关系或(0-2)式中h1、h2分别为小活塞和大活塞的位移。

●从式(O-2)可知，两活塞的位移和两活塞的面积成反比。

将A1h1=A2h2两端同除以活塞移动的时间t得：即(0-3)式中v1、v2分别为小活塞和大活塞的运动速度。

●从式(0-3)可以看出，活塞的运动速度和活塞的作用面积成反比。

(0-4)如果已知进入缸体的流量q ，则活塞的运动速度为：(0-5)●从式(O-5)可得到另一个重要的基本概念，即活塞的运动速度取决于进入液压(气压)缸(马达)的流量，而与流体压力大小无关。

液压伺服与比例控制系统课件-电液伺服系统的校正

液压伺服与比例控制系统课件-电液伺服系统的校正

损耗，须将放大器增益增加α倍，或增设增益放大装置。
6.3 电液伺服系统的校正 二 、速度和加速度校正
速度反馈校正的主要作用是提高主回路的静态刚度，减少速 度反馈回路内的干扰和非线性的影响，提高系统的静态精度。加 速度反馈校正主要是提高系统的阻尼。
根据需要速度反馈与加速度反馈可以单独使用，也可以联合 使用。
（二）动压反馈校正
图6-19 带动压反馈的系统方框图
采用动压反馈校正可以提高系统的阻尼，而又不降低系统的静刚度。 采用压力反馈或动压反馈提高系统的阻尼比，同样受局部反馈回路 稳定性的限制。当Kfp过高时，由于伺服阀等小参数的影响局部反馈回路 就会变得不稳定。
6.3 电液伺服系统的校正
（一）压力反馈校正
图6-18 带压力反馈的系统方框图
校正后的阻尼比： 位置系统的开环传递函数：
6.3 电液伺服系统的校正
由上式可以看出，压力反馈不改变开环增益和液压固有频率，但使阻 尼比增加了。
压力反馈校正是通过增加系统的总流量- 压力系数来提高阻尼的。 显然，压力反馈降低了系统的静刚度。
（二）滞后校正举例
加入滞后校正后
6.3 电液伺服系统的校正
此时，系统的开环传递函数为
其中，校正后的速度放大系数
6.3 电液伺服系统的校正
图6-16 具有滞后校正的位置伺服系统伯德图
6.3 电液伺服系统的校正
设计滞后校正网络的设计步骤：
1 根据稳态误差要求，确定系统速度放大系数 2 画出未校正系统的伯德图，检查相位裕量和增益裕量，是否满足
6.3 电液伺服系统的校正
以上讨论了比例控制的电液位置伺服系统，其性能主要由动力 元件参数所决定。对这种系统，单纯靠调整增益往往满足不了系统 的全部性能指标，这时就要对系统进行校正，高性能的电液伺服系 统一般都要加校正装置。
液压伺服与比例控制系统课件

液压伺服与比例控制系统课件

• 抗干扰能力强：液压系统具有一定的隔振和抗干 扰能力，能够适应复杂的工作环境。
液压比例控制系统的优缺点
缺点
容易出现泄漏和污染：液压系统存在一定的泄漏和污染问题，需要采取措施进行防护。
对温度和压力变化敏感：液压系统的性能受到温度和压力变化的影响较大，需要进行补偿和 调整。
04
液压伺服与比例控制系统的设计 与应用
缺点
维护成本高、液压油易污染、温 度变化影响大、管道复杂、对油 液清洁度要求高等。
03
液压比例控制系统的工作原理
液压比例控制系统的组成
控制器
用于接收输入信号，并生 成控制指令。
执行器
根据控制器的指令，驱动 液压比例阀，以实现对流 量的控制。
反馈传感器
监测执行器的位置或速度 ，将其转化为电信号反馈 给控制器，以形成闭环控 制。
促进工业技术创新
液压伺服与比例控制系统的发展推动了工业技术的创新， 为工业生产带来了更多的可能性，为工业发展注入了新的 动力。
改变工业生产模式
液压伺服与比例控制系统的应用改变了传统的工业生产模 式，实现了更加智能化、网络化的工业生产，为工业发展 带来了新的机遇和挑战。
THANKS
感谢观看
液压伺服与比例控制系统的安全操作规程
在操作前阅读使用手册，按照手册要 求进行操作。
检查液压系统的各个部件是否正常， 无泄漏和损伤。
在操作过程中，不要在危险的情况下 进行操作，如设备故障、人员伤害等 。
在操作过程中，要注意安全保护措施 ，如佩戴安全帽、安全手套等。
06
液压伺服与比例控制系统的发展 趋势及未来展望
液压比例控制系统的分类
按控制方式
开环控制、闭环控制。
按液压执行元件

第8章 液压伺服和电液比例控制技术PPT课件

由职能方框图可以看出，上述速度伺服控制系统是由输入元件、比较元件、 放大及转换元件、执行元件、反馈元件和控制对象组成的。
§ 8.1 液压伺服控制
液压伺服控制是液压伺服阀为核心的高精度控制系控制流量和压力进行控制的。根据输入信号的方式 不同分为：电液伺服阀和机液伺服阀。
性能与电液伺服控制相比，其控制的精度和响应速度较低，其成本低，抗 污染能力强，又比开关式控制好，近年来在国内外得到重视。电液比例控制的 核心元件是电液比例阀，简称比例阀。
一﹑电液比例控制阀
组成：人工调节/开关控制液压阀﹑电—机械比例转换装置
工作过程：电—机械比例转换装置把电信号按比例的转换成力或位移，对液压阀 进行控制，电液比例阀可以按输入的电气信号连续地﹑按比例地对油液的压力﹑ 流量和方向进行远距离控制，比例阀一般都有压力补偿性能，所以其压力和流量 不受负载变化的影响。
流管处于两接收孔的中间位置时，两
接收孔内油液的压力相等，液压缸不 动。当输入信号使射流管绕O轴向左 摆动一小角度时，进入孔b的油液压力 就比进入孔a的油液压力大，
液压缸向左移动。由于接收板和缸体连结在一起，接收板也向左移动，形成负反馈， 当射流管又处于两接受孔中间位置时，液压缸停止运动。
射流管阀的优点是结构简单、动作灵敏、工作可靠。它的缺点是射流管运动部件 惯性较大、工作性能较差；射流能量损耗大、效率较低；供油压力过高时易引起振动。 这种控制只适用于低压小功率场合。
第八章 伺服控制系统和电液比例控制技术
伺服系统 又称为随动系统或跟踪系统，是一种自动控制系统。在这 种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律 动作。液压与气压伺服系统是由液压元件或气压元件组成的伺服系统。
在液压进口节流阀式节流调速回路中， 调定节流阀的开口量后，液压缸就以某 一调定速度运动。通过前述章节分析可 知，当负载、油温等参数发生变化时， 这种回路将无法保证原有的运动速度， 因而其速度精度较低且不能满足精确地 连续无级调速要求。

液压伺服与比例控制系统课件-电液力控制系统


6.5 电液力控制系统
图6-35 力控制系统方块图 图6-36 电液位置伺服系统方块图
当满足
6.5 电液力控制系统
则传递函数可近似写成： 简化方块图：
图6-37 简化方块图
6.5 电液力控制系统
简化传递函数： 负载固有频率：
刚度与负载质量形成的固有频率：
加滞后校正 、速度与加速度校正 、压力反馈和动压反馈校正的主要 目的是什么？
思考题
8. 电液速度控制系统为什么一定要加校正 ，加滞后校正和加积分校正 有什么不同？
9. 在力控制系统中负载刚度对系统特性有何影响?影响了哪些参数? 10.力控制系统和位置控制系统对伺服阀的要求有什么不同？为什么?
6.5 电液力控制系统
以力为被调量的液压伺服控制系统称为液压力控制系统。 在工程实际中 ， 力控制系统应用的很多 ， 如材料试验机 、结构 疲劳试验机 、轧机张力控制系统 、车轮刹车装置等都采用电液力控
制系统。
一 、 系统组成及工作原理
系统主要由伺服放大器 、 电液伺服阀 、液压缸和力传感器等组成。 当指今装置发出的指令电压信号作用于系统时 ， 液压缸便有输出力。 该力由力传感器检测转换为反馈电压信号与指令电压信号相比较 ， 得 出偏差电压信号 。然后经伺服放大器放大后输入到伺服阀产生负载压 差作用于液压缸活塞上 ， 使输出力向减小误差的方向变化 ， 直至输出 力等于指令信号所规定的值为止。
6.5 电液力控制系统
图6-34 电液力控制控制系统原理图
6.5 电液力控制系统 二、 基本方程与开环传递函数
力传感器传递函数： 放大器传递函数： 伺服阀传递函数： 阀控液压缸的三大基本方程：
F g=APPL=(MS2+BS+K)XP

第八章-液动执行机构


第三节 中压主汽阀及控制阀的执行机构
第三节 中压主汽阀及控制阀的执行机构
工作过程： 1）打开阀门 2）关闭阀门（通过AST泄压或手动泄压） 3）阀杆活动试验（通过电磁阀动作）
节流孔板的作用： 1）开门时，使汽阀缓慢开启，避免冲击。 2）AST卸油时，油动机下腔的高压油卸去，避免大量
的高压油又自隔离阀涌入。
第二节 高压主汽阀及控制阀的执行机构
此两种执行机构属于控制型，即可以将汽阀控制在任意 的中间位置上，成比例地控制进汽量以适应需要。
1、工作原理 三种工作方式： 1）开主汽阀 2）关主汽阀 3）快速卸载
（其他资料）
第二节 高压主汽阀及控制阀的执行机构
2、控制型执行机构主要部件 油动机活塞杆经连杆与主汽门及控制汽阀相连，活塞上移是
第三节 中压主汽阀及控制阀的执行机构
中压控制阀的执行机构属控制型，即可以将汽阀控制在任 意的中间位置上，成比例地控制进汽量以适应需要。 组成：该执行机构主要由油动机、液压块、电液伺服阀、卸荷 (DUMP)阀、试验电磁阀，位移传感器 、截止阀、滤油器和逆 止阀等部分组成。 特点： 1）与高压调节汽阀 的油动机相比，虽然都是采用单侧油动机， 但弹簧的布置相反，高压调节汽阀的弹簧布置在油缸内，是压 弹簧，而中压调节汽阀的弹簧布置在油缸外，是拉弹簧。
中压主汽阀的执行机构属开关型执行机构，阀门在全 开或全关位置上工作。 结构：由油动机、液压块、二位二通电磁阀、快速卸荷阀 和逆止阀等部分组成。 特点: 1）由于没有控制功能，所以不必装设电液伺服阀及其相应 的伺服放大器、位移传感器、解调器。 2）增设一个2位2通阀，用以开关中压主汽阀，定期进行阀 杆的活动试验。当电磁阀动作，快速卸载AST油，使快速 卸载阀动作，关闭阀门。

电液比例与伺服控制系统概述


1.2.2典型液压伺服系统
（1）车床液压仿形刀架
1.2.2典型液压伺服系统
（1）车床液压仿形刀架
电液仿形液压控制系统
1.2.2典型液压伺服系统
（2）工作台位置控制伺服系统
执行元件
被控对象
放大元件
传感器1
比较元件
传感器2 指令元件
1.2.2典型液压伺服系统
（3）伺服变量泵控制液压马达的速度控制系统
第一章 电液比例与伺服 控制系统概述
本章主要内容为 ：
❖ 1.1 电液比例与伺服控制技术发展概况 ❖ 1.2 液压伺服系统基本概念及典型系统举例 ❖ 1.3 电液比例控制系统工作原理及特点 ❖ 1.4 电液比例与伺服控制系统的分类及组成
1.1电液比例与伺服控制系统发展概况
1.1电液比例与伺服控制系统发展概况
军工：自动火炮系统（高低位机） 交通：汽车伺服转向、飞机舵机 冶金：轧机液压厚度自动控制系统
带钢跑偏控制系统 连续铸钢控制系统
航空航天：飞行模拟器、环境模拟设备
射出成型機之射出壓力控制系統
軋鋼厚度控制
動力輔助轉向系統
碟式煞車機構
鼓式煞車機構
液壓剎車系統
ABS（Anti-Lock Brake System） 防鎖死煞車系統
1.2液压伺服系统基本概念及典型 系统举例
❖ 伺服系统
凡是输出能以一定精度自动、快速、准确地复现 输入变化规律的自动控制系统
❖ 液压伺服系统
采用液压控制元件和液压执行元件的伺服系统
伺服控制 ❖ 控制物体的位置、方向、姿态，并能追踪任意变化
之目标的控制系统
液压伺服控制 ❖ 能以一个极小的信号输入，来控制出力极大的液压
船舶操控系統1

液压伺服与比例控制系统基本知识

第七章液压伺服与比例控制系统基本知识第一节概述液压传动的三个阶段：开关控制、伺服控制和比例控制。

在普通液压传动系统应用中，控制方式无论是采用手动、电磁、电液等形式，还是采用计算机或可编程控制器（PLC），都属于开关式点位控制方式，控制精度和调节性能不高。

狭义上讲，伺服系统是指输出能以一定精度跟随输入的位置控制系统。

目前常把各种机械量（位移、速度和力）的自动控制系统统称为伺服系统。

故液压伺服系统是指以液压为动力的机械量自动控制系统。

系统中信号的传输和控制部分如采用电气，则为电液伺服系统，也属于液压伺服系统的范畴。

和电气伺服系统相比，液压伺服系统具有体积小、重量轻、响应快等优点。

液压伺服控制组成框图（图7－1）指令元件：按要求给出控制信号的器件，如计算机、可编程控制器、指令电位器或其它电器等；检测反馈元件：检测被控制量，给出系统的反馈信号，如各种类型的传感器；比较元件：把具有相同形式和量纲的输入控制信号与反馈信号加以比较，给出偏差信号。

比较元件有时不一定单独存在，而是与指令元件反馈检测元件及放大器组合在一起，由一个结构元件完成；放大、转换和控制元件：将偏差信号放大，并作为能量形式转换（电—液；机—液等），变成液压信号，去控制执行元件（液压缸、液压马达等）运动。

一般是放大器、伺服阀、电液伺服阀等；执行元件：直接对被控对象起作用的元件。

如液压缸、液压马达等；被控对象：液压系统的控制对象，一般是各类负载装置。

按被控制量是否被检测与反馈：开环控制系统，闭环控制系统。

按液压控制元件的不同：阀控系统，泵控系统。

按信号产生和传递方式的不同：机械—液压伺服系统，电气—液压伺服系统。

按被控对象的不同：流量控制，压力控制，位置控制，速度控制，复合控制。

按输入信号的变化规律：定值控制，程序控制，伺服控制。

液压伺服控制系统的优点：系统刚度大、控制精度高、响应速度快，可以快速启动、停止和反向。

缺点：其控制元件（只要是各类伺服阀）和执行元件因为加工精度高，所以价格贵、怕污染，对液压油的要求高。

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3.液压放大器的结构形式
电液伺服阀的液压放大器常用的形式有滑阀﹑射流管和喷嘴挡板。 根据滑阀的控制边数，滑阀的控制形式有单边、双边和四边三种， 如图8-2所示。其中单边和双边的控制形式只用于控制单出杆液压缸；四 边控制形式既可控制单出杆液压缸，也可控制双出杆液压缸，四边控制 形式因控制性能好，应用于精度和稳定性要求较高的系统。
计算机电液控制技术一般是一种以稳态输出为目的，构成了从输出到输 入的闭环控制系统。是一个涉及传感技术﹑计算机控制技术﹑信号处理技术 ﹑机械传动技术等技术的机电一体化系统，其操作简单，人机对话方便；系 统功能强，可以实现多功能控制；通过软件编制可以实现不同算法，且交易 实现实时控制和在线检测。
一﹑泵控容积调速计算机控制系统的组成
一﹑电液比例控制阀
组成：人工调节/开关控制液压阀﹑电—机械比例转换装置 工作过程：电—机械比例转换装置把电信号按比例的转换成力或位移， 对液压阀进行控制，电液比例阀可以按输入的电气信号连续地﹑按比例 地对油液的压力﹑流量和方向进行远距离控制，比例阀一般都有压力补 偿性能，所以其压力和流量不受负载变化的影响。 分类：按用途和工作特点分比例压力阀﹑比例流量阀和比例方向阀
液压与气压传动
(第5版)
一﹑电液伺服阀
电液伺服阀是电液伺服系统中的放大元件，它把输入的小功率电流信 号，转换并放大成液压功率（负载压力和负载流量）输出，实现执行元件 的位移﹑速度﹑加速度及力控制。它是电液伺服系统的核心元件，其性能 对整个系统的特性有很大影响。 1.电液伺服阀的组成 电液伺服阀通常由电气—机械转换装置﹑液压放大器和反馈机构三部 分组成。电气—机械转换装置用来将输入的电信号转换为转角或直线位移 输出，输出转角的装置称为力矩马达，直线位移的装置称为力马达。 液压放大器接受小功率的电气—机械转换装置输入的转角或直线位移 信号，对大功率的压力油进行调节和分配，实现控制功率的转换和放大。 反馈和平衡机构是电液伺服阀输出的流量或压力获得与输入电信号成 比例的特性。
泵控容积调速计算机控制 系统具有功率大﹑效率高等优 点，但由于液压系统的工作参 数的严重时变，而又使其输出 的参数不稳定系统的静态性能 和动态品质较差。 右图所示，以MCS-51作 为主控单元，对其输出量进行 检测﹑控制。
二﹑控制系统的硬件及软件设计
1. 控制系统的硬件设计
控制系统的硬件包括输入通道的硬件配置﹑输出通道的硬件配置以及 主控单元的硬件配置。 输入通道只要将转矩传感器得到的相位差信号放大，再经转速转矩测 量仪转变成模拟量输出，然后转速信号分成转矩信号和转矩信号分成两路 经高共模仰制比电路进行放大。选取合适的放大倍数，将其电压转变成统 一的量程为200mV～5V的标准电压信号，再经硬件滤波高次谐波，分别将 转矩和转速信号接入A/D的通道，经A/D转换后送入8031主控单元。 输出通道包括输出电路﹑步进电动机和机械传动机构，后两者对系统 的精度影响较大。设计时先确定步进电机，确定其控制电路的形式。根据 系统精度要求，决定步进电机和机械传动结构之间的精度分配。
2. 电液比例换向阀
电液比例换向阀是电液比 例换向减压阀和液动换向阀组 合而成，前者作为先导级以其 出口压力来控制液动换向阀的 正反向开口量大小。 左、右两个电磁铁的线圈 只允许分别得电，可以同时失 电，同时失电后对中弹簧使阀 心复于中位。
二、电液比例控制系统
电液比例控制系统由电子放大及校正单元、电液比例控制元件、执行元件及液压源、工作负载及信号检测处理装置等组成。按有无 执行元件输出参数的反馈闭环分为闭环控制系统和开环控制系统。 最简单的电液比例控制系统是采用比例压力阀、比例流量阀来替代 普通液压系统中的多级调压回路或多级调速回路。 图8-8所示为电液比例压力阀用于钢带冷轧卷曲机的液压系统。
2. 控制系统的软件设计
系统管理软件的主要职能是在系统启动后自动调用系统复位软件使系 统复位，然后调用现时软件进行显示，并完成调用其输入控制值﹑采样信 号﹑A/D转换及滤波软件﹑比较并由此调用控制算法软件，使系统朝着减 少误差的方向运动。
泵控液压马达容积调速系统的软件构成如图所示。
系统控制算法软件是根据一定的控制策略，设计出相应的控制算法， 并由此编写计算机应用程序。 近年来，为了解决液压系统的非线性﹑参数时变的问题，人们提出了 用人工智能的方法来实现控制目的。这种控制方式不需要控制对象的准确 模型，而能较好解决系统中稳定性与准确性的矛盾，增加了对不确定因素 的适应性。
2.电液伺服阀的工作原理
我们可以近似的将右图看作是电液 伺服控制阀，其挡板为电磁控制。 当无电信号输入时，挡板处于中位， Ps为输入的压力油，P1和P2为左右两喷嘴 压力，此时P1=P2，液压缸无位移，当有 电信号输入，激励左边电磁铁产生磁场， 挡板向左偏移，左边喷嘴间隙减小，右 边间隙增大，即P1>P2，液压缸向右运动， 当挡板向右偏转时，右边喷嘴间隙减小， 即P1<P2，液压缸向左运动。
图8-5所示为机械手手臂伸缩电液伺服系统的工作原理。当数字控 制部分发出一定数量的脉冲信号时，步进电动机带动电位器4的动触头 转过一定的角度，使动触头偏移电位器中位，产生微弱电压信号，该 信号经放大器7放大后输入电液伺服阀1的控制线圈，使伺服阀产生一 定的开口量，假设此时压力油经伺服阀进入液压缸左腔，推动活塞连 同机械手手臂上的齿条相啮合，手臂向右移动时，电位器跟着做顺时 针方向旋转。当电位器的中位和动触头重合时，动触头输出电压为零， 电液伺服阀失去信号，阀口关闭，手臂停止移动。
电液比例控制是介入普通液压阀的开关式控制和电液伺服控制之间 的控制方式。其实现对液流压力和流量连续的﹑按比例的跟随控制信号 而改变。
性能与电液伺服控制相比，其控制的精度和响应速度较低，其成本 低，抗污染能力强，又比开关式控制好，近年来在国内外得到重视。电 液比例控制的核心元件是电液比例阀，简称比例阀。
根据滑阀阀芯在中位时阀口的预开口量不同，滑阀又分为负开口 （正遮盖）、零开口（零遮盖）和正开口（负遮盖）三种形式，如图8-3 所示。负开口在阀芯开启时存在一个死区且流量特性为非线性，因此很 少采用；正开口在阀芯处于中位时存在泄漏且泄漏较大，所以一般不用 于大功率控制场合，另外，它的流量增益也是非线性的。比较而言，应 用最广、性能最好的是零开口结构，但完全的零开口在工艺上是难以达 到的，因此实际的零开口允许小于±0.025mm的微小开口量偏差。
1. 电液比例压力阀
如图所示为一种电液比例压力阀，他有压力阀1和移动式力马达2两部分组 成，当力马达的线圈中通入电流I时，推杆3通过钢球4﹑弹簧5把电磁推力传给 锥阀6。推力的大小与电流I成比例，当阀进油口P处的压力油作用在锥阀上的 力超过弹簧力时，锥阀打开，油液通过阀口由出油口T排出，这个阀的阀口开 度是不影响电磁推力的，但当通过阀口的流量变化时，由于阀座上的小孔d处 压力差的改变以及稳态液态动力的变化等，被控制的油液压力依然会有一些变 化。
常用的智能控制方法有模糊控制算法﹑参数自适应模糊控制算法以及 规则可调整的模糊控制算法。 下图为一般模糊控制系统的原理图。模糊控制方法的关键是模糊控制 器的设计，模糊控制器由模糊化﹑模糊控制算法和模糊判决三部分组成。 对输入量（偏差E和dE/dt）进行模糊化，在进行模糊运算，最后进行模糊 判决，得到确切的控制量。
４.伺服阀的性能与特点
由于伺服阀控制精度高，响应速度快，特别是电液伺服 系统易实现计算机控制，因此在工业自动化设备、航空、航 天、冶金和军事装备中得到广泛应用。 其缺点是：伺服阀加工工艺复杂，对油液污染敏感，液 压伺服系统成本高，维护保养困难等。
二、电液伺服系统应用举例
电液伺服系统根据被控物理量的不同分为位置控制、速 度控制、压力控制等。本节以机械手电液伺服系统为例，介 绍常用的位置控制电液伺服系统。一般机械手包括四个电液 伺服系统，分别控制机械手的伸缩、回转、升降及手腕（正 爪、反爪）的动作。由于四个系统的工作原理均相似，故以 机械手伸缩电液伺服系统为例，介绍其工作原理。