數(shù)控5-伺服閥（課堂PPT）

1、.1.2 在在電液控制系統(tǒng)中，一般采用電壓比較反饋電液控制系統(tǒng)中，一般采用電壓比較反饋方式，其中的放大元件稱為方式，其中的放大元件稱為“電液伺服閥電液伺服閥”。 由于由于 “電液伺服閥電液伺服閥”主要用于高速電液伺主要用于高速電液伺服控制系統(tǒng)，要求有很高的精度和響應(yīng)速度，其服控制系統(tǒng)，要求有很高的精度和響應(yīng)速度，其輸出流量或壓力受輸入的電氣信號控制（近似與輸出流量或壓力受輸入的電氣信號控制（近似與輸入電壓或電流成比例）。輸入電壓或電流成比例）。 閥的內(nèi)部，先導(dǎo)級與主閥之間一般由機(jī)液伺閥的內(nèi)部，先導(dǎo)級與主閥之間一般由機(jī)液伺服機(jī)構(gòu)（也有電液伺服）采用負(fù)反饋的方式驅(qū)動(dòng)，服機(jī)構(gòu)（也有電液伺服）采用負(fù)反

2、饋的方式驅(qū)動(dòng)，以提高跟蹤精度。以提高跟蹤精度。.3 電液伺服閥多為兩級閥，有電液伺服閥多為兩級閥，有和和之分，絕大部分伺服閥為流量型伺之分，絕大部分伺服閥為流量型伺服閥。服閥。 在流量型伺服閥中，要求主閥芯的位移在流量型伺服閥中，要求主閥芯的位移X XP P與與的輸入電流信號的輸入電流信號I I成比例，為了保證主閥芯的定成比例，為了保證主閥芯的定位控制，主閥和先導(dǎo)閥之間設(shè)有位置負(fù)反饋，位位控制，主閥和先導(dǎo)閥之間設(shè)有位置負(fù)反饋，位置反饋的形式主要有直接位置反饋和位置置反饋的形式主要有直接位置反饋和位置- -力反力反饋兩種。饋兩種。 .45.1 5.1 直接位置反饋電液伺服閥直接位置反饋電液伺服閥

3、閥閥指iLQqiK伺服閥用機(jī)液伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)主閥電機(jī)轉(zhuǎn)換LQvx四通閥閥控缸（先導(dǎo)級）主滑閥（主級）力馬達(dá)力馬達(dá)指xk1vx指F指i主級放大元件 、組成框圖、組成框圖 .5電機(jī)轉(zhuǎn)換力馬達(dá)力馬達(dá)指xk1指F指i 一一、力馬達(dá)、力馬達(dá) .6.7.8先導(dǎo)級放大元件反饋桿.9三、三、反饋桿.10.11反饋桿.12四四 直接反饋伺服閥控制框圖直接反饋伺服閥控制框圖1、采用閥芯、閥套直接比較法；、采用閥芯、閥套直接比較法；2、導(dǎo)閥芯導(dǎo)閥套、導(dǎo)閥芯導(dǎo)閥套直接比較直接比較、通過剛性連接、通過剛性連接直接（測量）反饋直接（測量）反饋；3、放大元件放大元件為導(dǎo)閥部分為導(dǎo)閥部分、缸、缸是主閥兩端部分是主閥兩端部分；

4、4、指令元件指令元件是線圈，是線圈，被控對象被控對象是主閥芯，使主閥芯位移跟是主閥芯，使主閥芯位移跟蹤動(dòng)圈的指令位移蹤動(dòng)圈的指令位移 。導(dǎo)閥芯閥導(dǎo)閥芯閥套比較套比較線圈線圈指ivx指x.13直接反饋伺服閥直接反饋伺服閥.14力馬達(dá)及擋板閥力馬達(dá)及擋板閥 主滑閥主滑閥.15力馬達(dá)力馬達(dá) 固定節(jié)流孔固定節(jié)流孔 反饋彈簧桿反饋彈簧桿 噴嘴噴嘴 擋板（導(dǎo)閥芯）擋板（導(dǎo)閥芯） 彈簧管彈簧管（扭簧）（扭簧） 要求：要求：主閥芯位移自動(dòng)跟主閥芯位移自動(dòng)跟蹤輸入的電流，與蹤輸入的電流，與輸入電流成比例。輸入電流成比例。主滑閥主滑閥先導(dǎo)級油先導(dǎo)級油缸左腔缸左腔先導(dǎo)級油先導(dǎo)級油缸左腔缸左腔.16電機(jī)轉(zhuǎn)換力矩馬達(dá)力

5、矩馬達(dá)指T指i 一一、力馬達(dá)、力馬達(dá) 銜鐵銜鐵磁鋼磁鋼導(dǎo)磁體導(dǎo)磁體.17 一一、力馬達(dá)、力馬達(dá) 銜鐵銜鐵磁鋼磁鋼導(dǎo)磁體導(dǎo)磁體iTSNNNSSNSNS吸吸吸吸斥斥斥斥KtiT指i.18.19 二二、先導(dǎo)級橋路、先導(dǎo)級橋路（B+B） 帶帶2個(gè)固定節(jié)流個(gè)固定節(jié)流孔的孔的B+B全橋全橋控制對稱缸控制對稱缸vxx擋板位移x主閥位移彈簧管彈簧管vx主閥芯主閥芯vx主閥芯主閥芯先導(dǎo)級先導(dǎo)級油缸油缸先導(dǎo)級先導(dǎo)級油缸油缸反饋桿反饋桿反饋桿反饋桿 通過反饋桿將主閥通過反饋桿將主閥位移反饋至比較元件位移反饋至比較元件擋板擋板.20 三三、比較方式、比較方式（力矩比較）（力矩比較） 比較元件（擋板）要求：比較元件（擋

6、板）要求：1）與指令元件相連（力矩馬達(dá)）與指令元件相連（力矩馬達(dá)）2）與被控對象相連（主閥芯）與被控對象相連（主閥芯） 3）與放大元件相連（擋板本身）與放大元件相連（擋板本身）fiTTTT主閥位移對擋板產(chǎn)生的力vffxkbrT)( fT 以擋板作為以擋板作為力比較元件力比較元件 指令力矩iTiT擋板位移vxvx.21 三三、比較方式、比較方式（力矩比較）（力矩比較） vxx偏差力矩偏差力矩TT 以比較結(jié)果以比較結(jié)果驅(qū) 動(dòng) 放 大 元驅(qū) 動(dòng) 放 大 元件（擋板）件（擋板）xx擋桿擋桿位移位移擋桿擋桿位移位移彈簧管彈簧管力矩力矩位移位移轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器彈簧管彈簧管力矩力矩位移位移轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器.22vx

7、T 四、文字方框圖四、文字方框圖 被控對象被控對象 被控對象被控對象 力矩比較元件反饋桿反饋桿彈簧管彈簧管xx.23 五五、動(dòng)態(tài)方框圖、動(dòng)態(tài)方框圖 vxxiTfTT 噴嘴處的壓力干擾噴嘴處的壓力干擾 反饋桿反饋桿 閥內(nèi)液壓動(dòng)力元件閥內(nèi)液壓動(dòng)力元件 擋板擋板 彈簧管彈簧管 力矩馬達(dá)力矩馬達(dá) 主閥芯主閥芯 .24 五五、動(dòng)態(tài)方框圖、動(dòng)態(tài)方框圖 vxxiTfTT 反饋桿反饋桿 閥內(nèi)液壓動(dòng)力元件閥內(nèi)液壓動(dòng)力元件 擋板擋板 彈簧管彈簧管 力矩馬達(dá)力矩馬達(dá) 主閥芯主閥芯 1.25力矩馬達(dá)力矩馬達(dá)vx)(1brkf指T指i.26 在壓力閥控制壓力的過程中，需要解決在壓力閥控制壓力的過程中，需要解決和和兩個(gè)方

8、面的問題。兩個(gè)方面的問題。 調(diào)壓是指以負(fù)調(diào)壓是指以負(fù)載為對象，通過調(diào)載為對象，通過調(diào)節(jié)控制閥口的大小，節(jié)控制閥口的大小，使系統(tǒng)輸給負(fù)載的使系統(tǒng)輸給負(fù)載的壓力大小可調(diào)。壓力大小可調(diào)。ZQpLL溢流式調(diào)節(jié)溢流式調(diào)節(jié).27（1）流量型油源并聯(lián)溢流式調(diào)壓）流量型油源并聯(lián)溢流式調(diào)壓 ZQpLL溢流式調(diào)節(jié)溢流式調(diào)節(jié) 顯然，只有改變負(fù)顯然，只有改變負(fù)載流量載流量Q QL L的大小才能調(diào)的大小才能調(diào)節(jié)負(fù)載壓力節(jié)負(fù)載壓力P PL L。將控制。將控制閥口閥口R RX X與負(fù)載與負(fù)載Z Z并聯(lián)，并聯(lián)，通過閥口的溢流作用，通過閥口的溢流作用，能使負(fù)載流量能使負(fù)載流量Q QL L發(fā)生變發(fā)生變化，最終達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載化，最終

9、達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載壓力之目的。壓力之目的。 .28（2）壓力型油源串聯(lián)減壓式調(diào)壓）壓力型油源串聯(lián)減壓式調(diào)壓 RsLppp 如果油源換成恒壓如果油源換成恒壓源源P PS S，并聯(lián)式調(diào)節(jié)不能，并聯(lián)式調(diào)節(jié)不能改變負(fù)載壓力。這時(shí)可改變負(fù)載壓力。這時(shí)可將控制閥口將控制閥口R Rx x串聯(lián)在壓串聯(lián)在壓力源力源P PS S和負(fù)載和負(fù)載Z Z之間，之間，通過閥口的減壓作用即通過閥口的減壓作用即可調(diào)節(jié)負(fù)載壓力可調(diào)節(jié)負(fù)載壓力P PL L 。 減壓式調(diào)節(jié)減壓式調(diào)節(jié)Rp.29（3）半橋回路分壓式調(diào)壓）半橋回路分壓式調(diào)壓 液壓半橋?qū)嵸|(zhì)上是由進(jìn)、回油節(jié)流口串聯(lián)而成的分壓液壓半橋?qū)嵸|(zhì)上是由進(jìn)、回油節(jié)流口串聯(lián)而成的分壓回路。為了簡

10、化加工，進(jìn)油節(jié)流口多采用固定節(jié)流孔來代回路。為了簡化加工，進(jìn)油節(jié)流口多采用固定節(jié)流孔來代替，回油節(jié)流口是由錐閥或滑閥構(gòu)成可調(diào)節(jié)流口。這種調(diào)替，回油節(jié)流口是由錐閥或滑閥構(gòu)成可調(diào)節(jié)流口。這種調(diào)壓方式主要用于液壓閥的先導(dǎo)級中。壓方式主要用于液壓閥的先導(dǎo)級中。 圖圖6.2.30 壓力的大小能夠調(diào)節(jié)，并不等于能夠穩(wěn)壓。當(dāng)負(fù)載因壓力的大小能夠調(diào)節(jié)，并不等于能夠穩(wěn)壓。當(dāng)負(fù)載因擾動(dòng)而發(fā)生變化時(shí)，負(fù)載壓力會(huì)隨之變化。壓力的穩(wěn)定必?cái)_動(dòng)而發(fā)生變化時(shí)，負(fù)載壓力會(huì)隨之變化。壓力的穩(wěn)定必須通過須通過壓力負(fù)反饋壓力負(fù)反饋來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。構(gòu)造壓力反饋系統(tǒng)必須研究以下問題：構(gòu)造壓力反饋系統(tǒng)必須研究以下問題： 代表期望壓力的指令

11、信號如何產(chǎn)生？代表期望壓力的指令信號如何產(chǎn)生？ 怎樣構(gòu)造在實(shí)際結(jié)構(gòu)上易于實(shí)現(xiàn)的比較器？怎樣構(gòu)造在實(shí)際結(jié)構(gòu)上易于實(shí)現(xiàn)的比較器？ 受控壓力受控壓力PL如何測量？轉(zhuǎn)換成什么信號才便于比較？，如何測量？轉(zhuǎn)換成什么信號才便于比較？，怎樣反饋到比較器上去？怎樣反饋到比較器上去？壓力負(fù)反饋控制的核心是要構(gòu)造一個(gè)壓力比較器壓力負(fù)反饋控制的核心是要構(gòu)造一個(gè)壓力比較器。 力信號的比較最容易實(shí)現(xiàn)。力信號的比較最容易實(shí)現(xiàn)。.31負(fù)反饋部分F指F指開環(huán)調(diào)壓回路開環(huán)調(diào)壓回路PLPLA.32不要形成正反饋！ 壓力通過微型測量油缸測量反饋 指令力通過調(diào)壓彈簧產(chǎn)生 .33QLfCL.34.35 直動(dòng)型壓力控制中，由力比較器直接

12、驅(qū)動(dòng)主控制直動(dòng)型壓力控制中，由力比較器直接驅(qū)動(dòng)主控制閥芯，驅(qū)動(dòng)力遠(yuǎn)小于彈簧力，因此驅(qū)動(dòng)能力十分有閥芯，驅(qū)動(dòng)力遠(yuǎn)小于彈簧力，因此驅(qū)動(dòng)能力十分有限。這種控制方式導(dǎo)致主閥芯不能做得太大，不適限。這種控制方式導(dǎo)致主閥芯不能做得太大，不適合用于高壓大流量系統(tǒng)中。合用于高壓大流量系統(tǒng)中。 所謂先導(dǎo)型壓力控制，是指控制系統(tǒng)中有大、所謂先導(dǎo)型壓力控制，是指控制系統(tǒng)中有大、小兩個(gè)閥芯，小閥芯為先導(dǎo)閥芯，大閥芯為主閥芯，小兩個(gè)閥芯，小閥芯為先導(dǎo)閥芯，大閥芯為主閥芯，并相應(yīng)形成先導(dǎo)級和主級兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)回路。并相應(yīng)形成先導(dǎo)級和主級兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)回路。 在高壓大流量系統(tǒng)中一般應(yīng)采用先導(dǎo)控制在高壓大流量系統(tǒng)中一般應(yīng)采用先導(dǎo)

13、控制。 .36.37.38.39半橋式先導(dǎo)控制部分圖圖6.4圖圖6.6主閥的指令信號 主閥的反饋壓力 pFFF指指導(dǎo)閥比較：導(dǎo)閥比較：ApApF12主主閥比較：主閥比較：主級為并聯(lián)溢流式壓力負(fù)反饋控制 .40半橋式先導(dǎo)控制部分主閥的指令信號 主閥的反饋壓力 pFFF指指導(dǎo)閥比較：導(dǎo)閥比較：ApApF12主主閥比較：主閥比較：主級為串聯(lián)減壓式壓力負(fù)反饋控制 .41 先導(dǎo)型溢流閥的主要特點(diǎn)：由主閥芯負(fù)責(zé)控制系由主閥芯負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的壓力統(tǒng)的壓力，先導(dǎo)級負(fù)責(zé)向主閥提供指令力先導(dǎo)級負(fù)責(zé)向主閥提供指令力，作用在主閥芯上的主油路液壓力與先導(dǎo)級所輸出的“指令壓力”相平衡。.42閥閥口口主級測壓面主級測壓面主級

14、指令主級指令ssApFF2指導(dǎo)導(dǎo)閥閥比比較較1122ApApF主主閥比較主閥比較：半橋式先導(dǎo)控制部分.43主級測壓面主級測壓面主級指令主級指令閥閥口口黑三角代表黑三角代表先導(dǎo)型液壓控制先導(dǎo)型液壓控制.44安全閥安全閥先導(dǎo)比例閥先導(dǎo)比例閥溢流閥溢流閥.45先導(dǎo)式減壓閥原理圖先導(dǎo)式減壓閥原理圖主級測壓面主級測壓面主級指令主級指令半橋式先導(dǎo)控制部分ApApF23主主閥比較主閥比較：ssApFF3指導(dǎo)閥比較導(dǎo)閥比較.46直動(dòng)型溢流閥與符號的對應(yīng)關(guān)系 減壓閥符號閥閥口口閥口閥口測壓孔測壓孔測壓面測壓面測壓面測壓面.47 負(fù)載變化引起的流量波動(dòng)可以通過流量負(fù)反負(fù)載變化引起的流量波動(dòng)可以通過流量負(fù)反饋來加以

15、控制。與壓力負(fù)反饋一樣，流量負(fù)反饋饋來加以控制。與壓力負(fù)反饋一樣，流量負(fù)反饋控制的核心是要構(gòu)造一個(gè)流量比較器和流量測量控制的核心是要構(gòu)造一個(gè)流量比較器和流量測量傳感器。流量閥的流量測量方法主要有傳感器。流量閥的流量測量方法主要有“壓差法壓差法”和和“位移法位移法”兩種。兩種。 .48 在主油路中串聯(lián)一個(gè)節(jié)流面積A0已調(diào)定的液阻液阻RQ作為流作為流量一次傳感器量一次傳感器，其壓力差 Pq 代表流量QL；qpQqp流量傳感器流量傳感器RQ流量調(diào)節(jié)閥口流量調(diào)節(jié)閥口Rx.49qpQqp流量傳感器流量傳感器RQ流量調(diào)節(jié)閥口流量調(diào)節(jié)閥口Rx 再設(shè)置一個(gè)作為流量二次傳感的測壓油缸再設(shè)置一個(gè)作為流量二次傳感的

16、測壓油缸A，將一次傳感器輸出的壓差PQ引入該測壓油缸A的兩腔，即可將流量轉(zhuǎn)化成與之相關(guān)的活塞推力FQ，F(xiàn)Q即為反饋信號。液阻RQ和壓差測量缸A一起構(gòu)成“壓差法”流量傳感器。.50qp恒定所以固定節(jié)流孔液阻恒定彈簧力QpQApqq 與壓力負(fù)反饋相類似，可用彈簧預(yù)壓力F指作為指令信號，并與流量傳感器的反饋力FQ共同作用在力比較器上，構(gòu)成“流量-壓差-力負(fù)反饋”，利用比較信號驅(qū)動(dòng)流量調(diào)節(jié)器閥芯（液阻Rx），最終達(dá)到流量自動(dòng)穩(wěn)定控制之目的。 Qqp流量傳感器流量傳感器RQ流量調(diào)節(jié)閥口流量調(diào)節(jié)閥口Rx代表流量大小的代表流量大小的壓差力指令力.51qpQqp流量傳感器流量傳感器RQ流量調(diào)節(jié)閥口流量調(diào)節(jié)閥口

17、Rx流量大小流量大小（壓差力）指令力.52恒定所以固定節(jié)流孔液阻恒定彈簧力QpQApqqqp流量傳感器流量傳感器RQ流量調(diào)節(jié)閥口流量調(diào)節(jié)閥口Rx代表流量大小的壓差力指令力 所謂“壓力源串聯(lián)減壓式調(diào)節(jié)”是指系統(tǒng)采用壓力源供油，流量調(diào)節(jié)閥口Rx與負(fù)載Z相串聯(lián)，此時(shí)閥口Rx稱為減壓閥口。.53.54圖圖 7.87.8.55 與與“壓差法壓差法”相反，本方法是在主油路中串聯(lián)一個(gè)壓相反，本方法是在主油路中串聯(lián)一個(gè)壓差差P PQ Q基本恒定，但節(jié)流面積基本恒定，但節(jié)流面積A A0 0可變的節(jié)流口可變的節(jié)流口R RQ Q作為流量的一作為流量的一次傳感器。因傳感器的壓差恒定，故液阻次傳感器。因傳感器的壓差恒定，故液阻R RQ Q及傳感器閥芯及傳感器閥芯位移位移x xQ Q將隨負(fù)載流量將隨負(fù)載流量Q QL L而變化。而變化。常數(shù)式中mLmmLpKKCxCQpxKKpAKQ0000根據(jù)節(jié)流口流量公式，有：根據(jù)節(jié)流口流量公式，有：.56 通