液压伺服系统概述.docVIP

第11章 液压伺服系统概述 液压伺服控制技术是液压技术中的一个分支，又是控制领域中的一个重要组成部分。 一、液压伺服系统的发展历史 在第一次世界大战前，液压伺服系统作为海军舰船的操舵装置已开始应用。 在第二次世界大战期间及以后，由于军事需要，特别是武器和飞行器控制系统的需要，以及液压伺服系统本身具有响应快、精度高、功率一重量比大等优点，液压伺服系统的理论研究和实际应用取得了很大的进展，40年代开始了滑阀特性和液压伺服理论的研究，1940年底，首先在飞机上出现了电液伺服系统。但该系统中的滑阀由伺服电机驱动，只作为电液转换器。由于伺服电机惯量大,使电液转换器成为系统中耗时最大的环节，限制了电液伺服系统的响应速度。到50年代初，出现了快速响应的永磁力矩马达，形成了电液伺服阀的雏形。到50年代末，又出现了以喷嘴挡板阀作为第一级的电液伺服阀，进一步提高了伺服阀的快速性。60年代，各种结构的电液伺服阀相继出现，特别是干式力矩马达的出现，使得电液伺服阀的性能日趋完善。由于电液伺服阀和电子技术的发展，使电液伺服系统得到了迅速的发展。 随着加工能力的提高和液压伺服阀工艺性的改善，使液压伺服阀性能提高、价格降低。使液压伺服系统由军事向一般工业领域推广。目前，液压伺服控制系统，特别是电液伺服系统已成了武器自动化和工业自动化的一个重要方面。 二、液压伺服系统的工作原理 液压伺服控制系统是以液压伺服阀和液压执行元件为主要元件组成的控制系统，是一种高精度的自动控制系统。 如图所示，系统由滑阀1和液压缸2组成，阀体与缸体固定，液压泵以恒定的压力P向系统供油。 当阀心处于中间时，阀口关闭，缸不动，系统静止。 当阀心右移x，则a、b处有开口xv=x,压力油进入缸右腔，左腔回油，缸体右移。由于缸体与阀体刚性固连，阀体也随缸体一起右移，结果使阀的开口xv减小。当缸体位移y等于阀心位移x时，缸不动。如果阀心不断右移，缸拖动负载不停右移。如果阀心反向运动，液压缸也反向运动。 由上分析可知液压伺服系统的特点： 1．跟踪：系统输出量能自动、快速、准确复现输入量的变化规律。 2．放大：移动阀心力很小，液压缸输出力很大。 3．反馈：把输出量部分或全部按一定方式回送到输入端，和输入信号比较，这就是反馈。若反馈信号不断抵消输入信号作用，则称为负反馈，负反馈是自动控制系统的主要特征。（本例中阀体与缸体刚性连接是负反馈，是一种机械反馈） 4．偏差：输入信号与反馈信号的差值称为偏差。（图中xv，xv=x-y）只要有偏差xv，系统便向减小偏差方向移动，直至消除偏差。 综上所述，液压伺服控制系统的基本原理：利用反馈信号与输入信号相比较得出偏差信号，该偏差信号控制液压能源输入到系统的能量，使系统向减小偏差的方向变化，直至偏差等于零或足够小，从而使系统的实际输出与希望值相等。 换句话说，系统是这样工作的，在输入作用（阀芯位移x）的开始阶段，输出元件（液压缸）还没有运动，输入和输出间有“差”，这个“差” 使输出元件运动，运动反过来使“差”减小，直至“差”为零（或接近于零）为止。 三、液压伺服系统的组成和类型 （一）液压伺服系统的组成 输入元件：也称指令元件，它将输入信号加于系统输入端。如阀心移动。 检测反馈元件：测量系统的输出量，并转换成反馈信号。如缸体与阀体机械连接。 比较元件：将反馈信号与输入信号进行比较，给出偏差信号。如图中伺服阀同时完成比较和放大两种功能。 放大转换元件：将偏差放大并进行能量形式转换。上图中伺服阀不需放大偏差信号，只使偏差转换成液压输出量。 执行元件：产生调节动作加于控制对象上。与一般液压系统相同，执行元件可以是液压缸或液压马达。 控制对象：被控制的机器设备，即负载。 液压伺服系统的组成如下所示： 液压伺服系统的类型 按控制信号 机液伺服系统：信号给定、反馈和比较环节均采用机械构件实现。 电液伺服系统：误差信号检测、校正和初始放大均采用电气元件实现。 气压伺服系统：误差信号检测、校正和初始放大均采用气动元件实现。 按输出物理量 位置伺服系统、速度伺服系统、力伺服系统 按控制元件 阀控系统和泵控系统 四、液压伺服阀简介 液压伺服阀是液压伺服系统中的核心控制元件，下面简介几种常用液压伺服阀。 滑阀 通常有单边滑阀、双边滑阀和四边滑阀。它们的作用相同，都起换向和节流作用。 如图示双边滑阀。压力油一路直接进入液压缸有杆腔，使ps=p2，另一路经滑阀左控制边开口xv1和液压缸无杆腔相通，并经滑阀右控制边的开口xv2流回油箱，显然，液压缸无杆腔压力p1p2。当p1A1=p2A2时，缸体受力平衡，静止不动。当滑阀阀心左移时，xv1减小，xv2增大，液压缸无杆腔压力p1减小，p1A1p2A2，缸体也左移，反之，当阀芯右移，缸体也右移。 喷嘴挡板阀 如图双喷嘴式挡板阀。喷嘴