伺服控制系統(tǒng)分析

1、液壓伺服控制系統(tǒng)第一節(jié) 概述 伺服系統(tǒng)又稱隨機(jī)系統(tǒng)或跟蹤系統(tǒng)，是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，執(zhí)行元件能以一定的精度自動(dòng)地按照輸入信號(hào)的變化規(guī)律動(dòng)作。液壓伺服系統(tǒng)是以液壓為動(dòng)力的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由液壓控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成。 液壓伺服控制技術(shù)是液壓技術(shù)中的一個(gè)分支，又是控制領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分。一、液壓伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷史在第一次世界大戰(zhàn)前，液壓伺服系統(tǒng)作為海軍艦船的操舵裝置已開始應(yīng)用。在第二次世界大戰(zhàn)期間及以后，由于軍事需要，特別是武器和飛行器控制系統(tǒng)的需要，以及液壓伺服系統(tǒng)本身具有響應(yīng)快、精度高、功率一重量比大等優(yōu)點(diǎn)，液壓伺服系統(tǒng)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展，40年代開始了滑閥特性

2、和液壓伺服理論的研究，1940年底，首先在飛機(jī)上出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)。但該系統(tǒng)中的滑閥由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只作為電液轉(zhuǎn)換器。由于伺服電機(jī)慣量大,使電液轉(zhuǎn)換器成為系統(tǒng)中耗時(shí)最大的環(huán)節(jié)，限制了電液伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。到50年代初，出現(xiàn)了快速響應(yīng)的永磁力矩馬達(dá)，形成了電液伺服閥的雛形。到50年代末，又出現(xiàn)了以噴嘴擋板閥作為第一級(jí)的電液伺服閥，進(jìn)一步提高了伺服閥的快速性。60年代，各種結(jié)構(gòu)的電液伺服閥相繼出現(xiàn)，特別是干式力矩馬達(dá)的出現(xiàn)，使得電液伺服閥的性能日趨完善。由于電液伺服閥和電子技術(shù)的發(fā)展，使電液伺服系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。隨著加工能力的提高和液壓伺服閥工藝性的改善，使液壓伺服閥性能提高、價(jià)格降低。使液

3、壓伺服系統(tǒng)由軍事向一般工業(yè)領(lǐng)域推廣。目前，液壓伺服控制系統(tǒng)，特別是電液伺服系統(tǒng)已成了武器自動(dòng)化和工業(yè)自動(dòng)化的一個(gè)重要方面。二、液壓伺服系統(tǒng)的工作原理液壓伺服控制系統(tǒng)是以液壓伺服閥和液壓執(zhí)行元件為主要元件組成的控制系統(tǒng)，是一種高精度的自動(dòng)控制系統(tǒng)。如圖所示，系統(tǒng)由滑閥1和液壓缸2組成，閥體與缸體固定，液壓泵以恒定的壓力P向系統(tǒng)供油。當(dāng)閥心處于中間時(shí)，閥口關(guān)閉，缸不動(dòng)，系統(tǒng)靜止。當(dāng)閥心右移x，則a、b處有開口xv=x,壓力油進(jìn)入缸右腔，左腔回油，缸體右移。由于缸體與閥體剛性固連，閥體也隨缸體一起右移，結(jié)果使閥的開口xv減小。當(dāng)缸體位移y等于閥心位移x時(shí)，缸不動(dòng)。如果閥心不斷右移，缸拖動(dòng)負(fù)載不停右移

4、。如果閥心反向運(yùn)動(dòng)，液壓缸也反向運(yùn)動(dòng)。由上分析可知液壓伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：1跟蹤：系統(tǒng)輸出量能自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律。2放大：移動(dòng)閥心力很小，液壓缸輸出力很大。3反饋：把輸出量部分或全部按一定方式回送到輸入端，和輸入信號(hào)比較，這就是反饋。若反饋信號(hào)不斷抵消輸入信號(hào)作用，則稱為負(fù)反饋，負(fù)反饋是自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要特征。（本例中閥體與缸體剛性連接是負(fù)反饋，是一種機(jī)械反饋）4偏差：輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的差值稱為偏差。（圖中xv，xv=x-y）只要有偏差xv，系統(tǒng)便向減小偏差方向移動(dòng)，直至消除偏差。綜上所述，液壓伺服控制系統(tǒng)的基本原理：利用反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相比較得出偏差信號(hào)，該偏差信號(hào)控制液壓

5、能源輸入到系統(tǒng)的能量，使系統(tǒng)向減小偏差的方向變化，直至偏差等于零或足夠小，從而使系統(tǒng)的實(shí)際輸出與希望值相等。換句話說，系統(tǒng)是這樣工作的，在輸入作用（閥芯位移x）的開始階段，輸出元件（液壓缸）還沒有運(yùn)動(dòng)，輸入和輸出間有“差”，這個(gè)“差” 使輸出元件運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)反過來(lái)使“差”減小，直至“差”為零（或接近于零）為止。三、液壓伺服系統(tǒng)的組成和類型（一）液壓伺服系統(tǒng)的組成1 輸入元件：也稱指令元件，它將輸入信號(hào)加于系統(tǒng)輸入端。如閥心移動(dòng)。2 檢測(cè)反饋元件：測(cè)量系統(tǒng)的輸出量，并轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)。如缸體與閥體機(jī)械連接。3 比較元件：將反饋信號(hào)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，給出偏差信號(hào)。如圖中伺服閥同時(shí)完成比較和放大兩種功

6、能。4 放大轉(zhuǎn)換元件：將偏差放大并進(jìn)行能量形式轉(zhuǎn)換。上圖中伺服閥不需放大偏差信號(hào)，只使偏差轉(zhuǎn)換成液壓輸出量。5 執(zhí)行元件：產(chǎn)生調(diào)節(jié)動(dòng)作加于控制對(duì)象上。與一般液壓系統(tǒng)相同，執(zhí)行元件可以是液壓缸或液壓馬達(dá)。6 控制對(duì)象：被控制的機(jī)器設(shè)備，即負(fù)載。液壓伺服系統(tǒng)的組成如下所示：（二） 液壓伺服系統(tǒng)的類型1 按控制信號(hào)機(jī)液伺服系統(tǒng)：信號(hào)給定、反饋和比較環(huán)節(jié)均采用機(jī)械構(gòu)件實(shí)現(xiàn)。電液伺服系統(tǒng)：誤差信號(hào)檢測(cè)、校正和初始放大均采用電氣元件實(shí)現(xiàn)。氣壓伺服系統(tǒng)：誤差信號(hào)檢測(cè)、校正和初始放大均采用氣動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)。2 按輸出物理量位置伺服系統(tǒng)、速度伺服系統(tǒng)、力伺服系統(tǒng)3 按控制元件閥控系統(tǒng)和泵控系統(tǒng)小結(jié) 1液壓伺服系統(tǒng)是以液壓為動(dòng)力的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它可以利用反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相比較得到偏差信號(hào)，來(lái)控制液壓能源的輸入，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化。 2液壓伺服系統(tǒng)的基本形式：閥控缸式液壓伺服系統(tǒng)（滑閥式、射流管式）、閥