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第10章液压伺服系统

液压伺服系统是采用液压控制元件和液压执行机构，根据液压传动原理建立起来的对位移、速度、力等物理量进行控制的伺服系统。在这一系统中，液压执行机构能以一定精度自动地随着输入信号的变化规律动作，以达到自动控制的目的，所以又称液压随动系统。液压伺服系统包括机液伺服系统和电液伺服系统两大类，它们除具有液压传动的优点外，还有响应快、系统刚性大、伺服精度高等特点，在机械、冶金、化工、航空和航天等工业部门中得到广泛的应用。

10.1液压伺服控制系统概述

10.1.1液压伺服系统工作原理

图10-1为液压传动系统，采用节流调速。调定节流阀开口量，液压缸就以某一调定速度运动。但负载、油温发生变化时，这种系统就无法保证以原有速度运动，故调速精度低，也不能满足自动连续调速的要求。

图10-1图10-2阀控油缸闭环控制系统原理图

1一齿条2一齿轮3一测速发电机4一给定电位计

5一放大器6一电液伺服阀7一油缸

为了提高系统的控制精度和连续调速，采用图10-2所示的液压伺服系统。该系统不仅使液压缸速度能任意地连续调节，且在外界干扰很大、速度变化很快时，仍能使速度与设定值十分接近，它具有高的控制精度和快的响应特性。

系统的工作原理如下：在某稳定状态下，液压缸速度由测速装置测得(齿条1、齿轮2、测速发电机3)并转换为电压ufo。与给定的输入信号电压ugo(电位计4)通过比较元件进行比较。其差值ue0＝ug0—uf0经放大器放大后，以电流i0输入电液伺服阀6。电液伺服阀按输入电流的大小和方向自动调节滑阀的移动方向和开口大小，控制输出压力油液的方向和流量，液压缸获得沿某一方向运动的速度v0，若由于干扰引起速度增大，则测速装置的输出电压uf增大，通过比较元件输出的差值电压uc相应减小，通过放大器使电液伺服阀开口相应减小，液压缸速度降低，直到v＝v0，自动调节过程结束。按照同样原理，当输入信号电压连续变化，液压缸速度也随之连续地按同样规律变化，即输出自动跟踪输入。

10.1.2液压伺服系统的特点

液压伺服系统一般由输入元件、检测反馈元件、比较元件、放大转换元件、液压执行元件及控制对象等组成。它具有如下一些特点：

1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。在本系统中反馈装置是齿轮，齿条和测速发电机。

2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得出偏差信号，该偏差信号控制液压能源输入到液压执行元件的能量，使其向减小偏差的方向运动，即以偏差来消除偏差。

3)系统输入信号的功率很小，而系统输出功率可以达到很大，因此它是一个功率放大装置。功率放大所需的能量由液压能源供给。

可见，液压伺服系统就是液压流体动力的反馈控制系统。

10.1.3液压伺服系统的分类

液压伺服系统可以从不同的角度分类，每一种分类方法都代表系统一定的特点。

按控制元件的种类和驱动方式分为：节流式控制(阀控式)系统和容积式控制(泵控式)系统两类。其中阀控系统又可分为阀控液压缸系统和阀控液压马达系统两类；容积控制系统又可分为伺服变量泵系统和伺服变量马达系统两类广，

按控制信号的类别分为：机液、电液和气液伺服系统三类。

按系统输出量的名称分为：位置控制、速度控制、加速度控制、力控制和其它物理量控制系统等。

10.2液压伺服阀

放大转换元件是液压伺服系统中的一种主要控制元件，它把输入的机械信号(位移或转角)转换为液压信号(流量、压力)输出，并进行功率放大。它们的性能直接影响到液压伺服系统的工作品质。液压放大元件可以是液压控制阀或伺服变量泵。液压控制阀包括液压伺服阀和电液伺服阀。液压伺服阀是液压伺服系统中机、液两部分之间的转换元件，它控制着输送到执行元件中去的流量和压力。电液伺服阀是电液伺服系统中的核心元件。它在系统中将输入的小功率电信号转换为大功率的液压能(压力与流量)输出，既是电液转换元件，又是功率放大元件。下面分别对液压伺服阀和电液伺服阀的性能进行介绍。

10.2.1液压伺服阀

图10-3单边、双边和四边滑阀

液压伺服阀的结构形式有；滑阀、射流管阀和喷咀—挡板阀三种。其中滑阀式控制性能好，在液压伺服系统中应用最为广泛。

1.滑阀的结构形式

根据滑阀上控制边数(起控制作用的阀口数)的不同，有单边滑阀(图10-3d)、双边滑阀(图10-3b)和四边滑阀(图10-3c)

四边滑阀根据在平衡状态时阀口初始开口量的不同，有正开口(负重叠)、零开口(零重叠)和负开口(正重叠)，如图10-4所示。阀的开口形式对其特性有很大影响，零开口阀的特性好