液压伺服系统控制PPT课件

电液伺服阀
工作台
xf
放大器
uf Δu
反馈电位器 xo +E
ug
指令电位器
xg
双电位器位置控制电液伺服系统
.
12
4、液压伺服控制系统举例
电液伺服阀处于零位,没有 流量进出系统,工作台不动. 当指令电位器向右移动一个 位移△U＝K △Xg, 经放大去 控制电液伺服阀,输出压力 油推动工作台右移,同时使 工作台位移增加,当增加量 为△U＝Xf＋△Xf－Xg－ △Xg ＝0,工作台重新停止.
电液伺服阀
工作台
xf
放大器
uf Δu
反馈电位器 xo +E Nhomakorabeaug
指令电位器
xg
双电位器位置控制电液伺服系统
.
13
4、液压伺服控制系统举例
该系统是一个电量反馈的闭环控制系统。该系统的工作原 理方块图为：
指令 电位器
+ -
伺服 放大器
电液 伺服阀
液压缸
工作台
反馈 电位器
位置控制系统工作原理方块图
.
14
4、液压伺服控制系统举例
(1) 液 压 仿 形 刀 架
v纵
v合
v仿
v合
v仿
v纵
v纵
b
a
进给运动示意图
.
该 系 统 的 反 馈 是 机 械 反 馈
11
4、液压伺服控制系统举例
(2)电液位置伺服控制系统
该系统控制工作台的位置,使 之按照指令电位器给定的规律 变化.指令电位器将滑臂的位置 指令Xg转换成电压Ug. 工作台位 置Xf由反馈电位器检测,转换成 电压Uf.两个电位器接成桥式回 路,电桥的输出电压△U＝Ug－Uf ＝K(Xg－Xf),K电位器增益. 当工作台位置Xf与指令位置Xg 一致时,Xf＝Xg,即△U＝0.

《电液伺服系统》PPT课 件
介绍电液伺服系统的定义、组成、工作原理，控制元件的种类，动作元件的 特点，系统调试与维护，以及应用场景、优势、发展前景。
概述
电液伺服系统是控制和调节液压机械运动的先进系统，由动力元件、控制元件和动作元件组成，能够实现高效、 精确的运动控制。
动力元件
液压泵
将输入的机械能转换为液压能，提供压力和流 量。
液压马达
将液压能转化为旋转运动，驱动液压机械的转 动部分。
系统调试与维护
1
Байду номын сангаас
系统调试
调试前的准备工作，调试流程和步骤，确保系统正常运行。
2
系统维护
维护前的准备工作，维护周期和方法，延长系统的使用寿命。
应用场景
• 工业生产自动化 • 船舶与海洋工程 • 机床与自动化装备 • 飞行器和航天器
结语
电液伺服系统具有精确控制、高效能转换等优势，未来的发展前景广阔。
液压马达
将液压能转换为机械能，驱动液压机械的运动。
控制元件
比例控制阀
通过调节液压系统中的流量 比例，实现运动速度和位置 的精确控制。
压力控制阀
根据系统需求，控制液压系 统中的压力水平，确保系统 的安全运行。
流量控制阀
调节液压流量大小，实现对 液压元件的精确控制。
动作元件
液压缸
将液压能转化为机械线性运动，用于推动、拉 动或举升物体。

3
6.1 概述
组成电液比例控制系统的基本元件：
1）指令元件 2）比较元件 3）电控器 4）比例阀 5）液压执行器 6）检测反馈元件
第6章 电液伺服控制系统
4
6.1 概述
6.1.2 电液比例控制系统的特点及组成
第控制的主要优点是： 1）操作方便，容易实现遥控 2）自动化程度高，容易实现编程控制 3）工作平稳，控制精度较高 4）结构简单，使用元件较少，对污染不敏感 5）系统的节能效果好。
第6章 电液伺服控制系统
8
6.2 电液比例控制基本回路
2.采用先导式比例溢流阀的调压回路
第6章 电液伺服控制系统
9
6.2 电液比例控制基本回路
3.电液比例减压控制系统
第6章 电液伺服控制系统
10
6.2 电液比例控制基本回路
6.2.2 电液比例流量控制
电液比例速度调节三种方式： 1）比例节流调速 2）比例容积调速 3）比例容积节流调速
6.3 电液比例电控技术
（2）阶跃函数发生器
（3）双路平衡电路
第6章 电液伺服控制系统
22
6.3 电液比例电控技术
（4）初始电流设定电路
第6章 电液伺服控制系统
23
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
24
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
25
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
16
6.3 电液比例电控技术
6.3.3 比例控制放大器主要电路的构成、原理及功能
第6章 电液伺服控制系统
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6.3 电液比例电控技术
1.电源电路 比例控制放大器电源电路主要作用：从标准电源中获得和分离出比例控制 放大器正常工作所需的各种直流稳定电源，并且在电网电压、负载电流及环境 温度允许范围内变化，保证输出直流电压的稳定性。同时，还兼有电源电压极 性反接、过流、短路自保护自恢复等非熔断式保护功能，以保证比例控制放大 器的工作可靠性。

10－节流孔；11－滤油器
控制元件-电液伺服阀
挡板 先导控制油腔
喷嘴
挡板一方面与力 矩马达衔铁连接， 另一方面，其穿过 两个喷嘴，与主阀 芯连接。
主阀芯
压缸停止运动。
喷嘴挡板阀的优点是结构简单、
加工方便、运动部件惯性小、反应快、
精度和灵敏度高；缺点是能量损耗大、
抗污染能力差。喷嘴挡板阀常用作多
级放大伺服控制元件中的前置级。
图7.11 喷嘴挡板阀的工作原理 1－挡板；2、3－喷嘴；4、5－
节流小孔
§7.3 电液伺服阀
电液伺服阀是电液联合控制的多 级伺服元件，它能将微弱的电气输入 信号放大成大功率的液压能量输出。 电液伺服阀具有控制精度高和放大倍 数大等优点，在液压控制系统中得到 了广泛的应用。
图7.4 速度伺服系统职能方框图
实际上，任何一个伺服系统都是由这些元件（环节） 组成的，如图7.5所示。
图7.5 控制系统的组成环节
下面对图中各元件做一些说明：
（1）输入（给定）元件。通过输入元件，给出必要的 输入信号。如上例中由给定电位计给出一定电压，作为系 统的控制信号。
（2）检测、反馈信号。它随时测量输出量（被控量） 的大小，并将其转换成相应的反馈信号送回到比较元件。 上例中由测速发电机测得液压缸的运动速度，并将其转换 成相应的电压作为反馈信号。
（5）执行元件（机构）。直接带动控制对象动作 的元件或机构。如上例中的液压缸。
（6）控制对象。如机器的工作台、刀架等。
3.液压伺服系统的分类
伺服系统可以从下面不同的角度加以分类。
（1）按输入的信号变化规律分类：有定值控制系统、程 序控制系统和伺服系统三类。
当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统，其基本 任务是提高系统的抗干扰能力。当系统的输入信号按预先给 定的规律变化时，称为程序控制系统。伺服系统也称为随动 系统，其输入信号是时间的未知函数，输出量能够准确、迅 速地复现输入量的变化规律。

2、流体为理想流体
不可压缩，即体积弹性模数。e
无粘度，即。 0
均质：油液密度ρ=常数。
3、能源压力理想
（1）供油压力=常数，回油压力=0。
18
§1.2.1 零开口四通圆柱滑阀分析
19
§1.2.1 零开口四通圆柱滑阀分析
§1.2.1.2稳态特性方程 §1.2.1.3压力流量特性曲线 §1.2.1.4稳态特性方程线性化 §1.2.1.5阀系数 §1.2.1.6液动力计算 §1.2.1.7结构参数
20
§1.2.1.6液动力计算
1、液动力计算一般式
2、稳态液动力计算 3、瞬态液动力计算
21
§1.2.1.6液动力计算
4、零开口四通阀液动力
22
§1.2.1 零开口四通圆柱滑阀分析
§1.2.1.7结构参数
1、根据最大空载流量 计算
2、根据要求的Kqo求w
wxv max
3、根据w求
4、校核节流口是否可控
4
(d
2
dr2
)
4wxv
max
d
dr
23
另外:
（1）滑阀正阻尼长度不
小于负阻尼长度
d
dr
（2） 1
dr
d 2
（3）阀芯长度 L 6d
（4）总阻尼长度
L1 L3
L 2d 3
24
§1.2.2正开口四通圆柱滑阀分析
§1.2.2.1稳态特性方程 §1.2.2.2阀系数
1.4
xv 1
QL 0
xv 0
§1.2.3.2零开口三通阀
29
§1.2.3三通滑阀分析
§1.2.3.2零开口三通阀 §1.2.3.3正开口三通阀 §1.2.3.4三通阀与四通阀比较

102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103零部件结构104结构展开图1喷嘴2喷嘴3固定节流孔定节流孔5第二级滑阀阀芯6永磁7衔铁8电磁线圈9弹簧管10反馈弹簧105伺服阀系统方块图106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107712滑阀式直接反馈两级伺服阀1阀体2固定节流孔3第二级滑阀阀芯4固定节流孔5第一级滑阀阀芯圈力马达7衔铁8调节螺钉910定位弹簧11永磁体108结构展开图1阀体2固定节流孔二级滑阀阀芯4固定节流孔5第一级滑阀阀芯67定位弹簧109方块图110713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
12
应用案例 5——机器动物
高功率体积比和结构紧凑
13
应用案例 5——机器动物
14
应用案例 5——机器动物
15
应用案例 6——两足机器人
高功率体积比和结构紧凑
16
应用案例 6 —— 两足机器人
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小结
液压控制技术是一门机电液一体化新技术，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。
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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：化学工业出版社. 2000.5. [3] Katsuhiko Ogata. Modern control engineering. Prentice Hall, 2010 [4] John J. D’Azzo 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, 2011.8. [7] www. [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, 2003, 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.

图6.2用弹簧管支承衔铁的力矩马达 1——弹簧管，2——液压放大元件
15
在零位时，衔铁 正好处于四个气隙的 中间位置，弹簧管也 正好在正中零位。当 输 入 i 而 产 生 电 磁 力 矩后，电磁力矩使衔 铁偏转，弹簧管也受 力歪斜变形，作用在 衔铁上的电磁力矩与 弹簧管变形时的弹性 力矩平衡，也就是电 磁 力 矩 Td 通 过 弹 簧 管 弯曲变形而转化为衔 铁的角位移。
滑阀、单（双）喷嘴挡板阀、射流管阀、偏转板射流阀
滑阀： 优点：流量增益和压力增益高，对油液清洁度要求低 缺点：结构工艺复杂、阀芯受力大、阀分辨率低、滞环大、响应慢
喷嘴挡板阀：单喷嘴特性不好很少用，多为双喷嘴 优点：压力灵敏度高、线性好、零漂小、需输入功率小、动态响应 快 缺点：对油液清洁度要求高
射流管阀： 优点：抗污染能力强、压力效率和容积效率高，使功率级滑阀具有
图6.2用弹簧管支承衔铁的力矩马达 1——弹簧管，2——液压放大元件
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由于力矩马达直接控制液压放大元件，所以在结构安装上，力矩马 达必须与液压放大元件紧连在一起而形成一个整体。
液压放大元件中充满着油液，因弹簧管与液压放大元件间有密封圈 隔开，与衔铁也是，紧密固接的，这样，液压放大元件中的油液就不会 渗漏到力矩马达中去。力矩马达不是浸泡在油液中的，故称干式。
“失效对中”能力 缺点：特性不易预测、动态响应慢、低温特性差
8
3、按反馈形式分：位置反馈、负载流量反馈、负载压力反馈
位置反馈、负载流量反馈流量控制伺服阀：输出流量与输入电流成正比 负载压力反馈压力控制伺服阀：输出压力与输入电流成正比
滑阀位置反馈的两级伺服阀：最常用。 根据功率级滑阀位移反馈到放大器的形式可分为：
3
反馈机构（或平衡机构）：使伺服阀的输出压力或流量与输入 电气控制信号成比例，使伺服阀本身 成为闭环系统

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。

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• 若线圈输入电流，控制 线圈中将产生磁通，使 衔铁上产生磁力矩。
• 当磁力矩为顺时针方向 时，衔铁将连同挡板一 起绕弹簧管中的支点顺 时针偏转。
• 图中左喷嘴8的间隙减小， 右喷嘴7的间隙增大，即
压力 p1增大，p2减小， 主滑阀阀芯向右运动，
开启阀口，ps与B相通A 与T相通。
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18
• 机械手手臂伸 缩电液伺服系 统。
• 手臂移动的行程决定于脉冲的数量，速
度决定于脉冲的频率。
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第二节 电液比例控制
• 电液比例控制是介于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。它 能实现对液流压力和流量连续地、按比例 地跟随控制信号而变化。因此，它的控制 性能优于开关式控制，它与电液伺服控制 相比，其控制精度和响应速度较低，但它 的成本低，抗污染能力强。
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4
• ⒈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（平衡）机构三部分组成。
• （1）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，输出直线 位移装置称为力马达。
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• （2）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。
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• 近年来在国内外得到重视，发展较快，电 液比例控制的核心元件式电液比例阀，简 称比例阀。本节主要介绍常用的电液比例 阀及其应用。
• 根据输入信号的方式不同，又分为电 液伺服阀和机液伺服阀。

拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——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

作用：吸收液压 振动和冲击并且 可以作为应急能 源使用。
充满氮气
液压回路的串联
• 串联：多路换向阀 中上一个阀的回油 为下一个阀的进油 。液压泵的工作压 力是同时工作的执 行元件的总和，这 种油路可以做复合 动作，但是克服外 载荷的能力比较差 。
液压回路的并联
• 并联：多路换向阀中 各换向阀的进油口都 与泵的出油路相连， 各回油口都与油箱相 连。这种油路克服外 载荷的能力比较强， 但是几个执行元件同 时工作时负载小的先 动，负载大的后动， 复合动作不协调。
• 流量Q（单位L/min，升/分钟） 单位时间内输出液压油的体积。 Q=q×n（不考虑单位转换系数，下同） 其中n是泵的转速，单位rpm，转/分钟
• 泵的功率N（单位Kw，千瓦） N=P×Q
液压马达的基本性能参数
• 排量q（单位ml/r，毫升/转） 液压马达每转一周所排出液体的体积。排量不可变 的叫定量马达，排量可变的叫变量马达。
目的：动臂油缸大腔进油。 结果：在重力作用下,换向瞬间 大腔的油流回油箱，造成油缸 先缩回后伸出。
“点头”现象的解决方案
1.采用三位六通
换向阀；
2.在进油道设置
单向阀。
5
注：
1.管路5和12都是
进油道；
2.管路是回油。
12 10
二通插装阀
方 向 控 制 回 路
液压蓄能器
液压油 膜片
原理：气体被压 缩后储存能量。
顺序阀
泵的压力切断控制
Q
无压力切断控制
Q大 Q小
P 压力切断控制
• 泵输出压力在设定值以 上时，使泵的流量自动 减小，进行压力切断控 制（恒压控制），主要 目的是进一步减小高压 溢流损失。
泵的负流量控制

LOS系统
系统组成
有效载荷
可见光、红外、激光
框架平台
2框架、4框架、5框架
伺服系统
电机伺服
图像系统
目标识别、目标跟踪
LOS系统
视轴控制目的
视轴稳定
相对于惯性系 隔离运动 抵抗扰动 多框架
视轴跟踪
目标跟踪 捕获与跟踪 火控铰链
LOS系统
视轴控制原理
视轴稳定
速度稳定回路 单位反馈控制 精度40urad
交流电机
异步电机 同步电机 步进电机 无刷电机
特殊电机
直线电机、旋转变压器
系统组成
直流电机
力矩电机
力矩控制 低速平稳 应用－雷达天线
伺服电机
齿轮减速 输出力矩大 应用－舵机
系统组成
PWM电机控制
双极性控制
50％占空比 低速平稳 分辨率低
单极性控制
换向信号 分辨率高
空间矢量PWM
反馈控制
反馈通道
前馈控制
前馈补偿、改善动态性
内模控制
模型抵消、提高鲁棒性
系统组成
控制系统组成
被控对象
执行机构、负载
传感器
反馈信号
控制器
模拟控制器、数字控制器
系统组成
被控对象
电机
电能机械能
电磁阀
液压系统
其他
电磁线圈、加热、压电陶瓷
军工
？
系统组成
电机分类
直流电机
力矩电机－直接驱动 伺服电机－齿轮减速
LOS系统
旋转变压器
极对数
单级、多级
工作原理
V=A*SIN(Wt) 励磁电源：1KHz、28V
角位置解调
滤波法、鉴相法 旋变解调模块