《液壓伺服系統(tǒng)》PPT課件.ppt
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第9章液壓伺服系統(tǒng),液壓伺服系統(tǒng)（又稱隨動系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)）是自動控制系統(tǒng)的一種重要類型。它是以液壓動力元件作驅(qū)動裝置所組成的反饋控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，輸出量能以一定的精度自動、快速而準(zhǔn)確地按照輸入信號的變化規(guī)律運動。輸出量可以是機械位移、速度、加速度或力。該系統(tǒng)除具有液壓傳動的所有優(yōu)點外，還具有響應(yīng)速度快、抗負(fù)荷剛性大、控制精度高等顯著特點，應(yīng)用廣泛。,9.1液壓伺服系統(tǒng)概述,9.1.1液壓伺服系統(tǒng)的工作原理及組成,圖9-1液壓傳動系統(tǒng),向右給閥芯一個輸入量xi時，滑閥移動某一開口量xv，壓力油進入缸右腔，缸左腔回油，缸體右移，輸出位移xp,圖9-2液壓伺服系統(tǒng)原理圖,滑閥和液壓缸組合成一個整體,控制元件,執(zhí)行元件,,滑閥和液壓缸組合成一個整體，液壓泵4輸出的液壓油通過溢流閥3調(diào)定壓力后供給系統(tǒng)，通過伺服閥1控制液壓缸2推動負(fù)載運動。伺服閥1為控制元件，液壓缸2為執(zhí)行元件。閥1控制流入缸體2的流量、壓力和液流方向，該系統(tǒng)稱為閥控式液壓伺服系統(tǒng)。由于閥體1與缸體2制成一個整體，從而構(gòu)成了反饋控制。★將一個系統(tǒng)的輸出信號的一部分或全部以一定方式和路徑送回到系統(tǒng)的輸入端作為輸入信號的一部分，這個作用過程叫——反饋,系統(tǒng)的反饋控制過程是：當(dāng)伺服閥處于中間位置（零位，即輸入信號xi=0）時，閥芯凸肩恰好遮住通往液壓缸的兩個油口，閥沒有流量輸出，缸體不動，系統(tǒng)的輸出量xp=0，系統(tǒng)處于靜止平衡狀態(tài)。,圖9-2液壓伺服系統(tǒng)原理圖,若給伺服閥一個輸入位移xi（圖示向右），閥芯將偏離中間位置，節(jié)流口a、b便有一個相應(yīng)的開口量xv=xi，壓力油經(jīng)a口進入液壓缸右腔，左腔油液經(jīng)b口回油，缸體右移xp，由于缸體與閥體是一體的，因此閥體也右移xp，受閥芯輸入端的限制，閥的開口量逐漸減小，即xv=xi-xp，直到xv=0時，閥的輸出量等于零，缸體停止運動，處在一個新的平衡位置，完成了液壓缸輸出位移對滑閥輸入位移的跟隨運動。,圖9-2液壓伺服系統(tǒng)原理圖,伺服閥作為轉(zhuǎn)換、放大元件，把輸入的機械信號（位移或速度等）轉(zhuǎn)換并放大成液壓信號（流量或壓力等）輸出至液壓缸。在這個系統(tǒng)中，反饋信號與輸入信號相反，構(gòu)成負(fù)反饋。缸體的輸出信號反饋至閥體，并與閥芯輸入信號進行比較，產(chǎn)生偏差（即有開口量）來控制缸體運動直到偏差消除為止，從而使輸出位移能精確地復(fù)現(xiàn)輸入位移的變化?？梢?，該系統(tǒng)是靠偏差信號進行工作的，即以偏差來消除偏差，這就是反饋控制的原理。,★負(fù)反饋：負(fù)反饋的特點可以從“負(fù)”字上得到很好的理解，它主要是通過輸入、輸出之間的差值作用于控制系統(tǒng)的其他部分。這個差值就反映了我們要求的輸出和實際的輸出之間的差別?？刂破鞯目刂撇呗允遣煌p小這個差值，以使差值變小。負(fù)反饋形成的系統(tǒng)，控制精度高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。,舉例說明：當(dāng)人打算要拿桌子上的水杯時，人首先要看到自己的手與杯子之間的距離，然后確定自己手的移動方向，手開始向水杯移動。同時人的眼睛不停觀察手與杯子的距離（該距離就是輸入與輸出的差值），而人腦（控制器）的作用就是不?？刂剖忠苿?，以消除這個差值。直到手拿到杯子為止，整個過程也就結(jié)束了。從上面的例子可以看出，由負(fù)反饋形成的偏差是人準(zhǔn)確完成拿杯子動作的關(guān)鍵。如果這個差值不能得到的話，整個動作也就沒有辦法完成了。這就是眼睛失明的人不能拿到杯子的緣故。負(fù)反饋一般是由測量元件測得輸出值后，送入比較元件與輸入值進行比較而得到的。,圖9-3液壓伺服系統(tǒng)工作原理方塊圖,系統(tǒng)中，移動閥芯所需要的信號功率是很小的，而系統(tǒng)的輸出功率（液壓缸輸出的速度和力）卻可以達到很大，因此這是一個功率放大裝置。本系統(tǒng)中，反饋介質(zhì)是機械連接，稱為機械反饋，又稱為機-液伺服系統(tǒng)。,綜上所述：液壓伺服控制的基本原理就是液壓流體動力的反饋控制，即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實際輸出與希望值相符。,圖9-4液壓伺服系統(tǒng)組成及職能方塊圖,2、液壓伺服系統(tǒng)的組成,1）指令元件（又稱輸入元件）給出與被控制對象所希望的運動規(guī)律相對應(yīng)的指令信號（輸入信號），加在系統(tǒng)中的輸入端。指令元件可以是機械裝置如凸輪、連桿、模版等，給出位移信號；也可以是電氣元件如電位計、程序裝置等，給出電壓信號。,2）比較元件用來比較輸入信號和反饋信號，并將它們的差值作為偏差信號輸送給后面的元件。實際系統(tǒng)中，比較元件有時不單獨存在，而是與輸入元件、反饋測量元件或放大元件一起組成同一元件來完成多種功能。,3）放大轉(zhuǎn)換元件（液壓功率放大器）將偏差信號放大并轉(zhuǎn)換成液壓信號，并控制執(zhí)行元件的動作，如伺服放大器、液壓控制閥、電液伺服閥等。,4）液壓執(zhí)行元件驅(qū)動控制對象動作的液壓元件，通常指液壓缸或液壓馬達。5）檢測反饋元件檢測系統(tǒng)輸出量，將其轉(zhuǎn)換成與輸入信號具有相同形式的反饋信號，并回輸給比較元件。反饋元件可以是機械裝置如齒輪副、連桿等，也可以是電氣元件如各種傳感器、測速電機等。6）控制對象被控制的機械設(shè)備，即負(fù)載，它接受液壓伺服系統(tǒng)的控制，并輸出被控制量。,9.1.2液壓伺服系統(tǒng)的類型1）按輸入信號變化規(guī)律分類有定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)三類。當(dāng)系統(tǒng)輸入信號為定值時，稱為定值控制系統(tǒng)，其基本任務(wù)是提高系統(tǒng)的抗干擾能力。當(dāng)系統(tǒng)的輸入信號按預(yù)先給定的規(guī)律變化時，稱為程序控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)也稱為隨動系統(tǒng)，其輸入信號是時間的未知函數(shù)，輸出量能夠準(zhǔn)確、迅速地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律。,9.1.2液壓伺服系統(tǒng)的類型2）按偏差信號的產(chǎn)生和傳遞方式不同分類有機液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和氣液伺服系統(tǒng)三類。機液伺服系統(tǒng)的給定、反饋和比較環(huán)節(jié)均采用機械構(gòu)件實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單可靠，但偏差的校正和系統(tǒng)增益的調(diào)定困難，機構(gòu)中的摩擦?xí)绊懴到y(tǒng)的性能；電液伺服系統(tǒng)中，誤差的檢測、校正和放大都采用電氣、電子元件，具有很大的靈活性和廣泛的適應(yīng)性，是目前控制精度最優(yōu)的伺服系統(tǒng)；氣液伺服系統(tǒng)的檢測和放大都采用氣動元件，測量靈敏度高，工作可靠，但需要專門的氣源裝置。,9.1.2液壓伺服系統(tǒng)的類型3）按輸出物理量分類有位置伺服系統(tǒng)、速度伺服系統(tǒng)和力（或壓力）伺服系統(tǒng)等。4）按系統(tǒng)輸出信號是否反饋分類有閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。5）按控制元件不同分類可分為滑閥式、射流管式、噴嘴擋板式和轉(zhuǎn)閥式等。以上幾種分類方法是從不同角度考慮的，它們實際上可能指的是同一個系統(tǒng)。如閥控式電液伺服位置控制系統(tǒng)。,9.1.3液壓伺服系統(tǒng)的基本特點與普通的液壓系統(tǒng)相比，液壓伺服系統(tǒng)具有以下特點：1）它是一個自動跟蹤系統(tǒng)（或跟隨系統(tǒng)）：輸出量自動地跟隨輸入量變化規(guī)律而變化；2）它是一個誤差控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號之間存在偏差是液壓伺服系統(tǒng)工作的必要條件，也可以說液壓伺服系統(tǒng)是靠偏差信號進行工作的。,9.1.3液壓伺服系統(tǒng)的基本特點3）它是一個負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)：被控對象（或執(zhí)行元件）產(chǎn)生的運動量（輸出量）必須經(jīng)檢測反饋元件回輸?shù)奖容^元件，力圖抵消使被控制對象（或執(zhí)行元件）產(chǎn)生運動的輸入信號，即力圖使偏差信號減小到零，從而形成一個負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。4）它是一個信號放大系統(tǒng)：系統(tǒng)輸出信號功率是系統(tǒng)輸入信號功率的數(shù)倍甚至數(shù)千倍。,9.1.3液壓伺服系統(tǒng)的基本特點5）與普通液壓系統(tǒng)相比，盡管同樣有液壓泵（能源）、液壓馬達或液壓缸（執(zhí)行元件）和控制元件，但控制調(diào)節(jié)的精度要求更高。如液壓源提供的液壓力和流量應(yīng)更穩(wěn)定，進入執(zhí)行元件的流量特性的線性度更好。,9.2液壓伺服系統(tǒng)的基本形式及應(yīng)用,9.2.1液壓伺服系統(tǒng)的基本形式,液壓伺服系統(tǒng)按控制方式和控制元件的形式分為閥控系統(tǒng)（節(jié)流式）和泵控式（容積式）兩類。閥控系統(tǒng)，主要控制元件是伺服閥或電液伺服閥。泵控系統(tǒng)中，主要控制元件是變量泵，目前變量馬達控制用得較少。,9.2液壓伺服系統(tǒng)的基本形式及應(yīng)用,9.2.1液壓伺服系統(tǒng)的基本形式,變量泵控制液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)點是效率高、系統(tǒng)剛性大，缺點是響應(yīng)速度慢、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另外，操縱變量泵變量機構(gòu)所需的力較大，需要專門的操作機構(gòu)，從而使系統(tǒng)復(fù)雜化。適用于大功率而響應(yīng)速度要求又不太高的場合。閥控系統(tǒng)的優(yōu)點是響應(yīng)速度快、控制精度高，缺點是效率低。由于它的性能優(yōu)越而得到廣泛應(yīng)用，特別是用在中、小功率的快速、高精度液壓伺服系統(tǒng)中。,9.2液壓伺服系統(tǒng)的基本形式及應(yīng)用,9.2.1液壓伺服系統(tǒng)的基本形式,閥控系統(tǒng)中的控制元件主要有三類：滑閥式液壓伺服閥、噴嘴擋板式液壓伺服閥、射流管式液壓伺服閥?；y式液壓伺服閥具有很高的功率放大倍數(shù)，既可作為單級伺服閥使用，又可作為多級伺服閥的功率放大級；后兩種閥的功率放大倍數(shù)小，一般用于多級（二、三級）伺服閥的前置放大級。,1.滑閥式液壓伺服閥,滑閥式液壓伺服閥具有優(yōu)良的控制性能，在液壓伺服系統(tǒng)中應(yīng)用最廣。機構(gòu)與液壓換向閥相似，換向閥是液壓開關(guān)，每個閥口只有兩個狀態(tài)，“開”與“關(guān)”?；y式液壓伺服閥則是一個比例控制的液壓放大器，每個閥口具有連續(xù)變化的開啟度，以便連續(xù)調(diào)節(jié)通過液體的流量，其加工精度要求很高。,1.滑閥式液壓伺服閥之單邊控制滑閥式液壓伺服閥,圖9-5單邊控制滑閥式液壓伺服閥,邊數(shù)-起控制作用的閥口數(shù),沒有外負(fù)載時，P1A=P2B；閥芯左移，增大，P2減小，于是P2B下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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