液壓伺服系統(tǒng)課程課件8

液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成液壓伺服控制的分類液壓伺服控制的優(yōu)缺點液壓伺服控制的發(fā)展和應用本章主要內(nèi)容為：第一章緒論1結(jié)束TheEnd2

流體傳動及控制學科——機械-電子-液壓一體化的綜合學科

有壓流體的流動實現(xiàn)了功率的傳送及傳遞。借助計算機及其它電子元件,流體控制元件和動力元件實現(xiàn)了對動力的傳送、傳遞和高精度的控制。

流體傳動及控制學科定義泵（能量轉(zhuǎn)換）控制元件執(zhí)行元件（能量轉(zhuǎn)換）機械能機械能壓力能壓力能MωFvpQpQMωFv3密閉容器主動柱塞從動柱塞流體介質(zhì)負載F2面積A2面積A1壓力p主動力F14密閉容器主動柱塞從動柱塞流體介質(zhì)負載F2面積A2面積A1壓力p主動力F1v1

v2Q5學習本門課的目的熟悉、理解并掌握液壓控制元件的基本特性熟悉、理解并掌握液壓系統(tǒng)設計的基本方法和步驟。具備從事液壓系統(tǒng)設計工作的基本能力和進一步學習的基礎。6課程內(nèi)容液壓放大元件液壓動力元件機液伺服系統(tǒng)電液伺服閥電液伺服系統(tǒng)及設計7考核方式作業(yè)（20%）期末考試（閉卷考試80分）其它規(guī)定按學校文件執(zhí)行81.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成一、液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理二、液壓伺服控制系統(tǒng)的組成91)采用電壓比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對象傳感器2比較元件執(zhí)行元件放大元件指令元件10控制制框框圖圖控制制系系統(tǒng)統(tǒng)組組成成：：被控控對對象象指令令元元件件比較較元元件件指令傳感器器反饋傳感器器動力元件（（閥、缸））擾動指令電位器反饋電位器伺服閥液壓能源I液壓缸電放大KaIUiE-電壓比較UPKa被控工作臺XP工作臺指令Xi液壓動力元件放大元件112)采用電壓比較的電動工作臺位置置控制系統(tǒng)統(tǒng)傳感器1被控對象傳感器2比較元件執(zhí)行元件放大元件指令元件12電動力元件件控制框圖擾動指令電位器反饋電位器可控硅電源I電放大KaEUiE-電壓比較UPKa被控工作臺XP工作臺指令Xi電機控制系統(tǒng)組組成：被控對象指令元件比較元件指令傳感器器反饋傳感器器動力元件（（可控硅、、電機）將液壓動力力元件（伺伺服閥、缸缸）換成電電動力元件件（可控硅硅與電動機機）133)采用力比較的液壓工作臺位置置控制系統(tǒng)統(tǒng)指令傳感器K1反饋傳感器K2F1F2F1=Xi*K1F2=Xp*K214液壓動力元件控制框圖采用力比較較方式，用用彈簧作為為位移-力傳感器，，以閥芯作作為力比較較元件。擾動液壓缸1K1+K2DF-力比較Ka被控工作臺XP工作臺指令XiF1F1F2F2指令傳感器K1指令傳感器反饋傳感器K2反饋傳感器伺服閥液壓能源xv154)采用直接位置比比較的液壓工作臺位置置控制系統(tǒng)統(tǒng)指令元件與閥芯相連受控對象與閥套相連Xi=X芯Xp=X套16閥芯與閥套控制框圖采用閥芯閥閥套直較方方式擾動液壓缸Xv-位置比較Ka被控工作臺XP工作臺指令XiX芯X套1指令傳感器1反饋傳感器伺服閥17psp0p1p2Aqq閥芯輸入x輸出y力矩馬達cPLC位移傳感器器A-D/D-A轉(zhuǎn)換工作臺恒壓力油源源放大電路負載測量桿計算機液壓控制部部分電子部分5)計算機控制制電液位置置控制系統(tǒng)統(tǒng)18計算機控制制電液位置置控制系統(tǒng)統(tǒng)原理框圖液壓執(zhí)行件電放大被控制對象檢測及物理量轉(zhuǎn)換XiEBF-Xo擾動比較信號發(fā)生

計算機控制部分D/AA/D電液伺服閥液壓能源19XPXi升力阻力6)飛機舵機機機液控控制系統(tǒng)統(tǒng)pS飛機舵機機指令位移移比較杠桿舵機位移移XPXV20-杠桿比較較XP手XiXVXPXi舵機位移XV手動XV=X1-X2L2L1+

L2X1指令L1L2Xi舵機位移-X2L1L2XPL1L1+

L2X1X221液壓動力元件擾動液壓缸-杠桿比較飛機舵機XP指令XiXV伺服閥液壓能源1212XPXipS飛機舵機比較杠桿舵機位移XV手動22放大元件件輸出y2開環(huán)控制部分負反饋部分7)電液仿形形控制系系統(tǒng)測量傳感器2測量傳感器1輸入y1psp0p1p2Aqq

x

力矩馬達恒壓力油源比較元件與調(diào)節(jié)器U1U2I指令元件被控對象23開環(huán)控制（放大）部分液壓缸及負載閉環(huán)控制制系統(tǒng)由由開環(huán)控制制（動力力）和負反饋裝裝置兩部分組組成；負反饋裝裝置由比較元件件、測量量反饋元元件、調(diào)調(diào)節(jié)器構(gòu)成；開環(huán)控制制部分由放大元件件（電液伺服服閥）、能量量轉(zhuǎn)換元元件（缸）、負載載構(gòu)成；指令元件件通過閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)控控制被控對象象，使被控控位移y2跟蹤指令令位移y1。放大器被控制對象傳感2（物理量量轉(zhuǎn)換））y1EU2-y2電液仿形形控制系系統(tǒng)原理理框圖擾動動比較指令元件其余部分分為負反反饋裝置置電液伺服閥液壓能源源（伺放））傳感1U1I24二、液壓壓伺服控控制系統(tǒng)統(tǒng)的組成成輸入元件件反饋測量量元件比較元件件放大轉(zhuǎn)換換元件執(zhí)行元件件控制對象象校正裝置置液壓能源源裝置251.2液壓伺服服控制的的分類一、按輸輸入信號號分類：：1定值控制系統(tǒng)統(tǒng)：其本本任務是是抗干擾擾性2程序控制系統(tǒng)統(tǒng)：按給定定規(guī)律變變化3伺服控制系統(tǒng)統(tǒng)：隨動（（穩(wěn)定、、準確、、快速））二、按被控物理理量分類類：1位置控制系統(tǒng)統(tǒng)；2速度控制系統(tǒng)統(tǒng)；3力控制系統(tǒng)統(tǒng)：驅(qū)動動力控制制系統(tǒng)、、負載力力控制系系統(tǒng)4加速度控控制系統(tǒng)統(tǒng)5壓力控制制系統(tǒng)26三、按液液壓動力力元件的的控制方方式或液液壓控制制元件的的形式分分類：1)節(jié)流式（（閥控式式）控制系統(tǒng)統(tǒng)閥控液壓壓缸系統(tǒng)統(tǒng)、閥控控液壓馬馬達系統(tǒng)統(tǒng)恒壓伺服服系統(tǒng)、、恒流伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)（結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單、、價廉、、效率高但閥的的線性度度差，用用于系統(tǒng)統(tǒng)性能要要求不高高的場合合）優(yōu)點：響應速度度快、控控制精度度高、結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單缺點：效率低2)容積式（（變量泵泵控制或或變量馬馬達控制制）控制系統(tǒng)統(tǒng)伺服變量量泵系統(tǒng)統(tǒng)、伺服服變量馬馬達系統(tǒng)統(tǒng)優(yōu)點：效率高缺點：響應速度度較慢、、結(jié)構(gòu)復復雜，操操縱變量量機構(gòu)需需要單獨的能源源27四、按控控策略分分類：一般控制制系統(tǒng)、、串級控制系統(tǒng)統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)統(tǒng)等。五、按信信號傳遞遞介質(zhì)的的形式分分類：1)機械-液壓控制系統(tǒng)統(tǒng)優(yōu)點：結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單、工作作可靠、、維護簡簡便缺點：校校正、增增益調(diào)整整不方便便，摩擦擦間隙應用：響響應和精精度要求求不是很很高的位位置控制制系統(tǒng)2)電氣-液壓控制系統(tǒng)統(tǒng)優(yōu)點：綜綜合電氣氣與液壓壓的優(yōu)點點：對信信號的測測量、校校正、放放大比較較方便，，且響應應速度快快，抗負負載剛度度大3)氣動-液壓控制系統(tǒng)統(tǒng)。偏差信號號的檢測測和初始始放大均均采用氣氣動元件件完成優(yōu)點：氣氣動測量量靈敏度度高、工工作可靠靠、可在在惡劣的的環(huán)境中中工作、、結(jié)構(gòu)簡簡單缺點：需需要氣源源等附屬屬設備此外還有有模擬控制制系統(tǒng)、、數(shù)字控控制系統(tǒng)統(tǒng)之分。28一、液壓壓伺服控控制的優(yōu)優(yōu)點轉(zhuǎn)動：電機：同同功率時時慣性大----響應慢；液壓馬達達：同功功率時慣性小----響應快。直線運動動：電傳動：：齒輪+齒條+電機----慢、難；液壓缸驅(qū)驅(qū)動：----快、易。29設有一充充滿流體體的密閉閉容腔,其內(nèi)流體體容積V=1L,其內(nèi)壓力力p=10MPa,設將其內(nèi)內(nèi)的能量量在時間間間隔t=0.1Sec內(nèi)釋放出出來我們們可計算算出此間間的平均均功率N為:1)適應于功功率大的的場合302)適應于要要求剛度度大、響響應快的的場合設有一液液柱如圖圖所示示，其液液柱剛度度K和液柱的的固有頻頻率ω可由下兩兩式計算算：通常,液體的體體積模量量E=2.1×109Pa,當A=3.85××10-3m2，V=3.85×10-4m3，M=20kg時,液柱剛度度K和液柱固固有頻率率ω分別為柱塞面積AL體積VML=0.1mD=70mm試將此頻頻率與交交流電的的頻率比比一比!313)液壓伺服服系統(tǒng)抗抗負載的的剛度大大1）液壓剛剛度高，，允許較較大的開開環(huán)放大大系數(shù)，，故高精精度，高高響應。。2）油液的的可壓縮縮性很小小，泄露露也很小小，故速速度剛度度大，組組成閉環(huán)環(huán)時位置置剛度也也大?？煽刹捎瞄_開環(huán)控制制電動機的的位置剛剛度接近近于零，，只能采采用閉環(huán)環(huán)控制。。氣動系統(tǒng)統(tǒng)由于氣氣體可壓壓縮性的的影響，，其剛度度只有液液壓系統(tǒng)統(tǒng)1/400。324)適應于要要求自動動化程度度高,要求控制制精度高高的場合合流體傳動動及控制制由于其其控制部部分直接接采用電電控件，，易于電控及計計算機控控制、可柔性性大；由由于系統(tǒng)統(tǒng)剛度高，又可引引入閉環(huán)環(huán)控制元元件，易易于達到到高精度的控制。。在大型設設備、自自動化程程度高的的設備，，一方面面要求功率大，另一方方面要求求精度高，由于現(xiàn)現(xiàn)代化要要求生產(chǎn)產(chǎn)速度快快、生產(chǎn)產(chǎn)程序靈靈活，因因此，機機-電-液一體化化系統(tǒng)變變成為了了首選。。在軍工設設備方面面上也是是如此。。可實現(xiàn)無無人化工工作，控制精度度可達0.1μμm以上335)其它優(yōu)點點潤滑性好好，壽命命長調(diào)速范圍圍寬，低低速穩(wěn)定定性好能量存儲儲較方便便（蓄能能器）過載保護護容易易冷卻34二、液壓壓伺服控控制的缺缺點1)元件制造精度度高,通常機械械精度為為微米級級,故對顆粒粒雜質(zhì)的的過濾要要求高,這一點今今天在技術(shù)上已不存在在任何困困難，但但系統(tǒng)造價高；2)綜合學科科多,因而技術(shù)含量量高,維護困難難；3)易污染環(huán)環(huán)境；4)易因堵塞塞造成故故障；5)系統(tǒng)性能能受油溫溫變化的的影響（（油液的的體積彈彈性模量量）；6)液壓能源源的獲得得和遠距距離傳輸輸都不如如電氣系系統(tǒng)方