液壓伺服與比例控制系統(tǒng)

第1章緒論本章摘要液壓伺服與比例控制系統(tǒng)的工作原理及組成液壓伺服與比例控制的分類介紹液壓伺服與比例控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓伺服與比例控制系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用一、采用電壓比較的液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對(duì)象傳感器2比較元件執(zhí)行元件放大元件指令元件電壓比較KaKaUi-UPDUKa控制框圖控制系統(tǒng)組成：被控對(duì)象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動(dòng)力元件（閥、缸）擾動(dòng)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(tái)XP工作臺(tái)指令Xi液壓動(dòng)力元件放大元件二、采用電壓比較的電動(dòng)工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)傳感器1被控對(duì)象傳感器2比較元件執(zhí)行元件放大元件指令元件電動(dòng)力元件控制框圖擾動(dòng)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(tái)XP工作臺(tái)指令Xi電機(jī)控制系統(tǒng)組成：被控對(duì)象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動(dòng)力元件（可控硅、電機(jī)）將液壓動(dòng)力元件（伺服閥、缸）換成電動(dòng)力元件（可控硅與電動(dòng)機(jī)）三、采用力比較的液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)指令傳感器K1反饋傳感器K2F1F2F1=Xi*K1F2=Xp*K2比較元件1K1+K2力比較XiK1指令傳感器K2反饋傳感器xvDFF1F1-F2F2伺服閥XP液壓動(dòng)力元件控制框圖

采用力比較方式，用彈簧作為位移-力傳感器，以閥芯作為力比較元件。擾動(dòng)液壓缸1K1+K2DF-力比較Ka被控工作臺(tái)XP工作臺(tái)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xv四、采用直接位置比較的液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)指令元件與閥芯相連受控對(duì)象與閥套相連Xi=X芯Xp=X套閥芯與閥套閥芯閥套直接位置比較Xv-位置比較XiX芯X套1指令與閥連1對(duì)象與閥套連伺服閥XP閥芯與閥套控制框圖采用閥芯閥套直較方式擾動(dòng)液壓缸Xv-位置比較Ka被控工作臺(tái)XP工作臺(tái)指令XiX芯X套1指令傳感器1反饋傳感器伺服閥五、液壓伺服與比例控制系統(tǒng)的組成液壓伺服與比例控制系統(tǒng)由以下一些基本元件組成：輸入元件：也稱指令元件，它給出輸入信號(hào)(指令信號(hào))加于系統(tǒng)的輸入端，是機(jī)械的、電氣的、氣動(dòng)的等。如靠模、指令電位器或計(jì)算機(jī)等。反饋測(cè)量元件：測(cè)量系統(tǒng)的輸出并轉(zhuǎn)換為反饋信號(hào)。這類元件也是多種形式的。各種傳感器常作為反饋測(cè)量元件。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)。放大轉(zhuǎn)換元件：將偏差信號(hào)故大、轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)(流量或壓力)。如伺服放大器、機(jī)液伺服閥、電液伺服閥、電液比例閥等。執(zhí)行元件：產(chǎn)生調(diào)節(jié)動(dòng)作加于控制對(duì)象上，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)任務(wù)。如液壓缸與液壓馬達(dá)等?？刂茖?duì)象：被控制的機(jī)器設(shè)備或物體，即負(fù)載。其它：各種校正裝置，以及不包含在控制回路內(nèi)的液壓能源裝置。1.2液壓伺服與比例控制的分類一、按系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化規(guī)律分類定值控制系統(tǒng)：當(dāng)系統(tǒng)輸入信號(hào)為定值時(shí)稱為定值控制系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入信號(hào)按預(yù)先給定的規(guī)律變化時(shí)，稱為程序控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)：也稱隨動(dòng)系統(tǒng)，其輸入信號(hào)是時(shí)間的未知函數(shù)，而輸出量能夠準(zhǔn)確、快速地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律。二、按被控物理量的名稱分類

位置伺服控制系統(tǒng)、速度伺服控制系統(tǒng)、其它物理量的控制系統(tǒng)。

三、按液壓動(dòng)力元件的控制方式或液壓控制元件的形式分類

節(jié)流式控制(閥控式)系統(tǒng)：閥控液壓缸系統(tǒng)與閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)

容積式控制系統(tǒng)：伺服變量泵系統(tǒng)與伺服變量馬達(dá)系統(tǒng)。

四、按信號(hào)傳遞介質(zhì)的形式分類

機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)、電氣液壓伺服系統(tǒng)與氣動(dòng)液壓伺服系統(tǒng)等。1.3液壓伺服與比例控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）、液壓伺服控制的優(yōu)點(diǎn)

(1)液壓元件的功率—重量比與力矩-慣量比大可以組成結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、加速性好的伺服系統(tǒng)。

(2)液壓動(dòng)力元件快速性好，系統(tǒng)響應(yīng)快。

(3)液壓伺服系統(tǒng)抗負(fù)載的剛度大，即輸出位移受負(fù)載變化的影響小，定位準(zhǔn)確，控制精度高。

（二）、液壓伺服控制的缺點(diǎn)

(1)液壓元件，特別是精密的液壓控制元件(如電液伺服閥)抗污染能力差，對(duì)工作油液的清潔度要求高。

(2)油溫變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)的性能有很大的影響。

(3)當(dāng)液壓元件的密封設(shè)計(jì)、制造相使用維護(hù)不當(dāng)時(shí)．容易引起外漏，造成環(huán)境污染。

(4)液壓元件制造精度要求高，成本高。

(5)液壓能源的獲得與遠(yuǎn)距離傳輸都不如電氣系統(tǒng)方便。1.4液壓伺服與比例控制系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用

液壓伺服控制是一門新興的科學(xué)技術(shù)。它不但是液壓技術(shù)的一個(gè)重要分支．而且也是控制領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分。

在第一次與第二次世界大戰(zhàn)期間及以后，由于軍事工業(yè)的刺激，液壓伺服控制因響應(yīng)快、精度高、功率—重量比大等特點(diǎn)而受到特別的重視，特別是近幾十年，隨著整個(gè)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，促使液壓伺服與比例控制得到迅速發(fā)展，使這門技術(shù)元論在元件與系統(tǒng)分面，還是在評(píng)論與應(yīng)用方面都日趨完善與成熟，形成一門新興的科學(xué)技術(shù)。

目前，液壓伺服系統(tǒng)特別是電液伺服系統(tǒng)已成為武器自動(dòng)化與工業(yè)自動(dòng)化的一個(gè)重要方面。在國(guó)防工業(yè)與一般工業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。第2章液壓放大元件本章摘要

圓柱滑閥結(jié)構(gòu)型式、工作原理、靜態(tài)特性噴嘴擋板閥結(jié)構(gòu)型式、工作原理、靜態(tài)特性射流管閥結(jié)構(gòu)型式、工作原理、靜態(tài)特性一、按進(jìn)、出閥的通道數(shù)劃分四通閥(圖2-1a、b、c、d)三通閥(圖2-1e)二通閥(圖2-1f)二、按滑閥的工作邊數(shù)劃分四邊滑閥(圖2-1a、b、c)雙邊滑閥(圖2-1d、e)單邊滑閥(圖2-1f)三、按閥套窗口的形狀劃分矩形、圓形、三角形等多種四、按閥芯的凸肩數(shù)目劃分二凸肩、三凸肩、四凸肩2.1圓柱滑閥的結(jié)構(gòu)型式及分類五、按滑閥的預(yù)開口型式劃分正開口(負(fù)重疊)、零開口(零重疊)和負(fù)開口(正重疊)2.2滑閥分析滑閥有正開口、零開口、負(fù)開口三種?；y的開口型式

正開口零開口負(fù)開口正開口、零開口、負(fù)開口

滑閥的面積梯度及部分開口，可全周開口、開方孔、開園孔開園孔展開圖開方孔全周開口一、零開口四邊閥的壓力-流量特性方程2.2.1零開口四通滑閥的靜特性

x>0時(shí)

x<0時(shí)二、零開口四邊閥的閥系數(shù)三、零開口四邊閥的特性曲線四、實(shí)際零開口四邊閥的零位閥系數(shù)零位時(shí)存在徑向泄漏零位時(shí)壓力不是無(wú)窮大KqKcKqKc等價(jià)動(dòng)態(tài)物理模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型一、正開口四邊閥的壓力-流量特性方程2.2.2正開口四通滑閥的靜特性

一、正開口四邊閥的壓力-流量特性方程2.2.2正開口四通滑閥的靜特性

可分解成2個(gè)流量的疊加二、正開口四邊閥的閥系數(shù)三、正開口四邊閥的特性曲線KqKc動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型液壓放大元件能將輸入位移(機(jī)械量)轉(zhuǎn)換并放大為具有一定壓力的液體流量。

上一次課小結(jié)流量與壓力的乘積即功率，因此也可以說(shuō)液壓放大元件所輸出的就是具有一定功率的液壓信號(hào)。液壓放大元件也是控制液體流量的大小及方向的控制元件，通常稱為(液壓)閥，如：滑閥、擋板閥等。機(jī)械功率FV液壓功率pQ小大閥芯閥體（閥套）凸肩沉割槽棱邊閥芯孔閥芯與閥體land棱邊圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖沉割槽通油槽零開口正開口負(fù)開口ZEROLIPUNDERLIPOVERLIP零重疊負(fù)重疊正重疊圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖ABpST（a）兩凸肩四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖(a)為兩凸肩四通滑閥，它有一個(gè)進(jìn)油口P，兩個(gè)通向液壓執(zhí)行元件的控制口A及B，另外還有兩個(gè)回油口。因?yàn)閮蓚€(gè)回油口合并成一個(gè)O口流出滑閥，故整個(gè)滑閥共有P、T、A、B四個(gè)通油口，稱四通閥。這種結(jié)構(gòu)中回油壓力作用于凸肩，因油壓力不會(huì)為零，當(dāng)閥芯不在零位時(shí)，總有一個(gè)使閥芯繼續(xù)打開的力作用于閥芯。pSTABXv（a）兩凸肩四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖pSTABXv（a）兩凸肩四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖(b)兩凸肩三通滑閥兩個(gè)凸肩里側(cè)的兩個(gè)棱邊是工作棱邊，只有一個(gè)通向液壓執(zhí)行元件的控制口c，所以稱三通閥。如果閥芯向右微動(dòng)，P口的油液經(jīng)過(guò)右凸肩棱邊的節(jié)流作用后通向C口，如果閥芯向左移動(dòng)，則C口的油液經(jīng)左凸肩棱邊節(jié)流后由T口流出滑閥。由于只有一個(gè)控制口C，通向液壓缸的無(wú)桿腔，液壓缸的有桿腔是不可控的。為使液壓缸能雙向運(yùn)動(dòng)，必須采取其它辦法讓液壓缸活塞回程，圖示結(jié)構(gòu)pc（b）兩凸肩三通滑閥

cPTpspspc（b）兩凸肩三通滑閥

圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖cPTpspspcXv（b）兩凸肩三通滑閥

圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖cPTpspspcXv（b）兩凸肩三通滑閥

圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖cPTpsps（C）四凸肩零開口四通滑閥BPTAps

(c)四凸肩零開口四通滑閥圖中兩個(gè)通油槽處有四個(gè)工作棱邊。由于凸肩的寬度和不同凸肩間的距離，與相對(duì)應(yīng)的油槽尺寸是配制得完全一致的，所以當(dāng)閥芯處于中位時(shí)，凸肩的棱邊與油糟的棱邊，一一對(duì)齊，從而把油槽完全封住。這種完全理想化的滑閥，稱理想滑閥。（C）四凸肩零開口四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖BPTAps（C）四凸肩零開口四通滑閥Xv圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖BPTAps（C）四凸肩零開口四通滑閥Xv圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖BPTAps

(d)三凸肩零開口四通滑閥圖中三個(gè)通油槽處有四個(gè)工作棱邊。由于凸肩的寬度和不同凸肩間的距離，與相對(duì)應(yīng)的油槽尺寸是配制得完全一致的，所以當(dāng)閥芯處于中位時(shí)，凸肩的棱邊與油糟的棱邊，一一對(duì)齊，從而把油槽完全封住。這種完全理想化的滑閥，稱理想滑閥。pSTAB（D）三凸肩零開口四通滑閥pSTAB（D）三凸肩零開口四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖pSTABXv（D）三凸肩零開口四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖pSTABXv（D）三凸肩零開口四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖pSTABUUUU（E）三凸肩正開口四通滑閥(e)三凸肩正開口四通閥閥芯處于中位時(shí)，四個(gè)節(jié)流工作棱邊處都有相同的預(yù)開口量U，即在零位時(shí)有預(yù)開口量，這種閥稱正開口閥或負(fù)重疊閥。pSTABUUUU（E）三凸肩正開口四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖pSTABUUUUXv（E）三凸肩正開口四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖pSTABUUUUXv（E）三凸肩正開口四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖pSTABOLOLOLOL（F）三凸肩負(fù)開口四通滑閥(f)三凸肩負(fù)開口四通滑閥零位時(shí)每個(gè)凸肩都遮蓋了相應(yīng)的油槽而有重疊量，只有閥芯位移超過(guò)了棱邊處的重疊量后閥口才打開。這種閥稱正重疊閥或負(fù)開口閥。pSTABOLOLOLOL（F）三凸肩負(fù)開口四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖pSTABOLOLOLOLXv（F）三凸肩負(fù)開口四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖pSTABOLOLOLOLXv（F）三凸肩負(fù)開口四通滑閥圖2.2滑閥典型結(jié)構(gòu)原理圖2.2.1零開口四通滑閥的靜特性滑閥的結(jié)構(gòu)型式很多，最有代表性的是零開口四通滑閥。能表示Q、A及Δp三者間關(guān)系的方程就是滑閥的特性方程，而只研究穩(wěn)態(tài)關(guān)系的就叫做靜特性。不論凸肩數(shù)有多少，也不管是三通或四通的閥，都可以做成正開口、負(fù)開口或零開口的。圖2.3零開口四通滑閥3142pSQLQ1Q3Tp2p1(b)液壓橋pSTABXv124p13p2QLQL(a)結(jié)構(gòu)原理圖pSTABXv124p13p2QLQLA圖2.4滑閥閥口形狀(a)

通油槽為整周開槽(b)通油槽為方孔（c）通油槽為圓孔。dvxvxvxv(a)(b)（c）QL/QLmax0.81.0=xv/xvmax0.81.2-1.2-0.8-0.8-0.4-0.40.40.40.2-0.2000pL/ps-0.80.8-0.40.40.6-0.6-1.0ⅣⅡⅢⅠ圖2.5零開口四通滑閥壓力-流量曲線曲線是非線性的!

將流量方程(2-8)式在某一工作點(diǎn)(QL1、xv1、pL1)附近全微分，可得在此工作點(diǎn)處的流量方程:(2-11)Kq——流量增益，或流量放大系數(shù)，表示負(fù)載壓力pL不變時(shí)，當(dāng)閥芯位移xv，有微小增量時(shí)所引起的流量增量；Kc——壓力流量系數(shù)，表示閥芯位移不變時(shí)負(fù)載壓力增量與負(fù)載流量增量之間的關(guān)系，也稱閥剛度。(2-12)(2-13)(2-14)(2-15)(2-16)(2-17)滑閥的三個(gè)閥系數(shù)以及其靜特性曲線都可用實(shí)驗(yàn)法測(cè)得。pSTABXv124p13p2QL測(cè)Kq0圖2.6正開口四通滑閥3142pSQLQ1Q3Tp2p1pSTABXv=0p1p2QLQLL1L2UUUU12432.2.2正開口四通滑閥的靜特性圖2.9零開口三通滑閥

pcXvpspsp0≈0AA’2.2.3三通閥的靜特性12一、三通閥的負(fù)載壓力三通閥一般驅(qū)動(dòng)差動(dòng)缸PL是用來(lái)平衡負(fù)載F的壓力2.2.3三通滑閥的靜特性

二、零開口三通閥的壓力-流量特性QLKqKc零位時(shí)Kc很??！零開口三通閥的閥系數(shù)(2-37)(2-38)(2-39)零開口三通閥的零位閥系數(shù)也象四通閥一樣，應(yīng)根據(jù)其零位漏損量推算。三、正開口三通閥的壓力-流量特性QL12圖2.10為正開口三通閥，兩個(gè)節(jié)流口同時(shí)工作以控制一個(gè)控制口，其控制壓力為pc，負(fù)載流量為QL，設(shè)閥芯按圖示方向移動(dòng)，由圖可知圖2.10正開口三通滑閥pcXvpspsp0≈0AA’U+xvU-xv12和零開口三通閥一樣引入負(fù)載壓力pL，直接引用式(2-34)，得(2-40)(2-27)(2-40)式(2-40)與式(2-27)相比，正開口四通閥流量方程中的pL改換成2pL，就變成正開口三通閥的流量方程了。因此，當(dāng)把圖2.7中正開口四通閥壓力流量曲線的pL/ps坐標(biāo)1改為1/2后，就是正開口三通閥的壓力流量曲線了。圖2.7正開口四通滑閥壓力-流量曲線QL/QLmax1.0=xv/xvmax0.8-2.0-1.00.2000pL/ps-0.80.8-0.40.40.62.01.0ⅣⅢⅡⅠ-0.8-0.4-0.2-0.6-1.00.4正開口三通閥的三個(gè)零位閥系數(shù)為(2-41)(2-42)(2-43)三通閥的流量增益與四通閥的流量增益相同，而三通閥的壓力增益Kp較四通閥的小一半，這是因?yàn)槿ㄩg只控制一個(gè)控制腔壓力pc，而另一腔的壓力不可控所致。2.2.3三通閥的靜特性如果閥芯按圖示方向移動(dòng)，棱邊1處的節(jié)流口打開，控制腔壓力pc增高，其最大值pcmax=ps時(shí)使活塞向右運(yùn)動(dòng)的力

F1=p1A－psA＇。

A——無(wú)桿端活塞面積，A＇——有桿端活塞面積。圖2.9零開口三通滑閥

pcXvpspsp0≈0AA’12四、三通閥、四邊閥靜特性比較1、液壓放大元件的流量增益Kq與半橋的節(jié)流邊有關(guān)：零開口閥是正開口閥的一半；帶固定節(jié)流孔時(shí)，Kq是正開口閥的一半。2、液壓放大元件的壓力流量系數(shù)Kc與半橋、全橋有關(guān)：半橋正開口三通閥是全橋正開口四通閥的2倍；半橋零開口三通閥是全橋零開口四通閥2倍；帶2個(gè)固定節(jié)流孔的全橋與正開口四通閥全橋相等；帶1個(gè)固定節(jié)流孔的半橋與正開口三通閥半橋相等；3、零開口的壓力流量系數(shù)遠(yuǎn)小于正開口閥，零開口的壓力增益遠(yuǎn)在于正開口閥。零開口的因“內(nèi)泄漏”引起的誤差將遠(yuǎn)小于正開口閥。四、三通閥、四邊閥靜特性比較1、流量增益Kq，正開口是零開口的2倍，正開口是帶固定節(jié)流孔閥的2倍，半橋與全橋相等（因左右半橋流量相等）2倍12KqKcKqKc等價(jià)動(dòng)態(tài)物理模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型四、三通閥、四邊閥靜特性比較遠(yuǎn)大于122、零位壓力流量系數(shù)Kc0，正開口遠(yuǎn)大于零開口，半橋是全橋的2倍KqKcKqKc等價(jià)動(dòng)態(tài)物理模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型壓力放大器的等效閥？QLKp1/Kc壓力放大器的物理模型KpKc+壓力放大器的數(shù)學(xué)模型四、三通閥、四邊閥靜特性比較3、壓力增益Kp，正開口遠(yuǎn)小于零開口，半橋是全橋一半2倍遠(yuǎn)大于（1）作用在圓柱滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力

2.2.4滑閥的力特性

液流經(jīng)過(guò)閥口時(shí)，由于流動(dòng)方向和流速的改變，閥芯上會(huì)受到穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。因沿閥芯徑向的分力互相抵消了，只剩下沿閥芯軸線方向的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。

圖2.11作用在帶平衡活塞的滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力

穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力指向閥口關(guān)閉的方向穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力指向閥口關(guān)閉的方向(2)、作用在滑閥上的液壓卡緊力(a)倒錐；(b)順錐；(c)傾斜

(5.13)

開一條均壓槽時(shí)，K＝0.4；開三條等距槽時(shí)，K＝0.063；開七條槽時(shí)，K＝0.027。

側(cè)向力指向閥芯卡緊方向側(cè)向力指向閥芯對(duì)中方向2.2.5滑閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、為防止流量飽和，W>67xvmax;2、xvmax約為0.1~0.5;3、保持凸肩為銳邊，間隙為0.3微米。2.3噴嘴-擋板閥分析噴嘴-擋板閥閥有單噴嘴-擋板閥和雙噴嘴-擋板閥兩種。單噴嘴-擋板閥相當(dāng)于帶1個(gè)固定節(jié)流孔的正開口三通閥雙噴嘴-擋板閥相當(dāng)于帶2個(gè)固定節(jié)流孔的正開口四通閥2.3.1單噴嘴-擋板閥（略）2.3.2雙噴嘴-擋板閥一、雙噴嘴-擋板閥的壓力-流量特性Q1Q2Q3Q4二、雙噴嘴-擋板閥的壓力特性閥？QLKp1/Kc三、雙噴嘴-擋板閥零位的閥系數(shù)2.3.3雙噴嘴-擋板閥的液流力2.3.4雙噴嘴-擋板閥的設(shè)計(jì)1、為防止流量飽和，x0<=dn/16;2、x0約為0.1,d0<0.5。2.4射流管式液壓放大元件射流管閥一般用先導(dǎo)級(jí)作為壓力放大器用閥系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定1、射流管閥只有一個(gè)噴孔堵塞后“事故歸零”；2、射流管噴孔較大。2.6放大元件的效率第3章液壓動(dòng)力元件本章摘要

液壓動(dòng)力元件(或稱液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu))是由液壓放大元件(液壓控制元件)和液壓執(zhí)行元件組成。有四種基本型式的液壓動(dòng)力元件：閥控液壓缸、閥控液壓馬達(dá)、泵控液壓缸、泵控液壓馬達(dá)。本章將建立幾種基本的液壓動(dòng)力元件的傳遞函數(shù)，分析它們的動(dòng)態(tài)特性和主要性能參數(shù)。3.1四通閥控制液壓缸基本結(jié)構(gòu)形式一、基本方程：(一)滑閥的流量方程定義負(fù)載流量：(二)液壓缸流量連續(xù)性方程進(jìn)油腔流量：回油腔流量：液壓缸工作腔的容積：綜合以上各式得液壓缸流量連續(xù)性方程：根據(jù)：V01=V02=V0=Vt/2

同時(shí)：則液壓缸流量連續(xù)性方程簡(jiǎn)化為：(三)液壓缸和負(fù)載的力平衡方程：二、方框圖與傳遞函數(shù)：根據(jù)閥控液壓缸的基本方程進(jìn)行拉氏變換得：根據(jù)閥控液壓缸的拉氏變換方程式繪出系統(tǒng)方框圖。由方框圖求得液壓缸輸出位移傳遞函數(shù)：

式中，分子的第一項(xiàng)是液壓缸活塞的空載速度。第二項(xiàng)是外負(fù)載力作用引起的速度降低。其分母特征多項(xiàng)式各項(xiàng)意義如下：

第一項(xiàng)：

是慣性力變化引起的壓縮流量所產(chǎn)

生的活塞速度；

第二項(xiàng)：

是慣性力引起的泄漏流量所產(chǎn)生的

活塞速度；第三項(xiàng)：是粘性力變化引起的壓縮流量產(chǎn)生的活塞速度；第四項(xiàng)是活塞運(yùn)動(dòng)速度；第五項(xiàng)：是粘性力引起的泄漏流量所產(chǎn)生的活塞速度；第六項(xiàng)：是彈性力變化引起的壓縮流量所產(chǎn)生的活塞速度；第七項(xiàng)：是彈性力引起的泄漏流量所產(chǎn)生的活塞速度。三、傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化（一）、無(wú)彈性負(fù)載：簡(jiǎn)化為：液壓固有頻率：液壓阻尼比：忽略Bp后近似為：對(duì)指令輸入Xv的傳遞函數(shù)：對(duì)指令輸入FL的傳遞函數(shù)：（二）、有彈性負(fù)載：簡(jiǎn)化為：綜合固有頻率：綜合阻尼比：忽略Bp后近似為：標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)形式：或進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：(三)其它簡(jiǎn)化形式：四、頻率響應(yīng)分析（一）、無(wú)彈性負(fù)載系統(tǒng)頻率分析：(1)速度放大系數(shù)由于傳遞函數(shù)中包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)、所以在穩(wěn)態(tài)時(shí)，液壓缸活塞的輸出速度與閥的輸入位移成比例．比例系數(shù)即為速度放大系數(shù)(速度增益)。它表示閥對(duì)液壓活塞速度控制的靈敏度。速度放大系數(shù)直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定件、響應(yīng)速度和精度。提高速度放大系數(shù)可以提高系綻的響應(yīng)速度和精度。但使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞。速度放大系數(shù)隨閥的流量增益變化而變化。(2)液壓固有頻率液壓固有頻率是負(fù)載質(zhì)量與液壓缸工作腔中的油液壓縮性所形成的液壓彈簧相互作用的結(jié)果。提高液壓固有頻率的方法有：

I增大液壓缸活塞的面積

II減少總的壓縮容積

III減少折算到活塞上的總的質(zhì)量

IV提高容積彈性模數(shù)(3)液壓阻尼比，液壓阻尼比的表達(dá)式，影響液壓阻尼比的因素，提高阻尼比的方法。（二）、有彈性負(fù)載系統(tǒng)頻率分析：分析系統(tǒng)的主要參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能的影響。由于慣性環(huán)節(jié)的存在，使系統(tǒng)變成了一階系統(tǒng)，對(duì)單位階躍輸入就是有差的了。3.2四通閥控制液壓馬達(dá)基本結(jié)構(gòu)形式一、基本方程：二、方框圖與傳遞函數(shù)：三、傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化液壓固有頻率：液壓阻尼比：對(duì)閥芯位移Xv的傳遞函數(shù)：對(duì)外負(fù)載力矩TL的傳遞函數(shù)：3.3三通閥控制液壓缸基本結(jié)構(gòu)形式一、基本方程：二、傳遞函數(shù)：三、傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化液壓固有頻率：液壓阻尼比：傳遞函數(shù)近似式：3.5液壓動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配一、負(fù)載特性（一）

慣性負(fù)載特性慣性負(fù)載特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式：負(fù)載特性曲線：（二）

粘性負(fù)載特性粘性負(fù)載特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式：負(fù)載特性曲線：（三）

彈性負(fù)載特性彈性負(fù)載特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式：負(fù)載特性曲線：（四）

合成負(fù)載特性負(fù)載特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式：負(fù)載特性曲線：二、負(fù)載匹配負(fù)載匹配定義：根據(jù)負(fù)載軌跡來(lái)進(jìn)行負(fù)載匹配時(shí)，只要使動(dòng)力元件的輸出持性曲線能夠包圍負(fù)載軌跡，同時(shí)使輸出特性曲線與負(fù)載軌跡之間的區(qū)域盡量小，便認(rèn)為液壓動(dòng)力元件與負(fù)載相匹配。輸出特性曲線：在閥最大輸出功率點(diǎn)有：當(dāng)供油壓力確定后，推得液壓缸活塞面積為：閥的最大空載流量為：思考題1、什么叫液壓動(dòng)力元件?有哪些控制方式?有幾種基本組成類型？2、負(fù)載類型對(duì)液壓動(dòng)力元件的傳遞函數(shù)有什么影響?3、無(wú)彈性負(fù)載和有彈性負(fù)載時(shí)，描述傳遞函數(shù)的性能參數(shù)分別有哪幾個(gè)？它們對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有什么影響？4、何謂液壓彈簧剛度?為什么要把液壓彈簧剛度理解為動(dòng)態(tài)剛度？5、液壓固有頻率和活塞位置有關(guān)．在計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，四通閥控制雙作用液比缸和三通閥控制差動(dòng)液壓缸應(yīng)取活塞的什么位置?為什么?6、為什么液壓動(dòng)力元件可以得到較大的固有頻率?7、為什么說(shuō)液壓阻尼比是一個(gè)“軟量”?提高阻尼比的簡(jiǎn)單方法有哪幾種?它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？8、何謂液壓動(dòng)力元件的剛度?代表什么意義?9、三通閥控制液壓缸和四通閥控制液壓缸的固有顧率有什么不同?為什么?10、閥控液壓馬達(dá)和泵控液壓馬達(dá)的特性有何不同，為什么?11、為什么把稱為速度放大系數(shù)?速度放大系數(shù)的量綱是什么?12、何謂負(fù)載匹配?滿足什么條件才算最佳匹配?13、如何根據(jù)最佳負(fù)載匹配確定動(dòng)力元件參數(shù)?14、泵控液壓馬達(dá)系統(tǒng)有沒(méi)有負(fù)載匹配問(wèn)題?滿足什么條件才是泵控液壓馬達(dá)的最佳匹配?15、在長(zhǎng)行程時(shí)，為什么不宜采用液壓缸而采用液壓馬達(dá)？思考題第4章機(jī)液伺服系統(tǒng)本章摘要

由機(jī)械反饋裝置和液壓動(dòng)力元件所組成的反饋控制系統(tǒng)稱為機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)。機(jī)液伺服系統(tǒng)主要用來(lái)進(jìn)行位置控制，也可以用來(lái)控制其它物理量，如原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制等。

由液壓放大元件和液壓執(zhí)行元件所組發(fā)的液壓動(dòng)力元件，實(shí)際上就是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。如果將液壓執(zhí)行元件的輸出位移量與指令信號(hào)相比較后的誤差信號(hào)再控制液莊放大元件，就是閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。也就是說(shuō)，在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)負(fù)反饋裝置—即比較元件+測(cè)量反饋元件就可以構(gòu)成閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)。

將輸入量與反饋量比較后的誤差信號(hào)對(duì)輸出量不斷調(diào)整以求減少誤差的系統(tǒng)稱隨動(dòng)系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)。如果比較反饋元件由機(jī)械元件充當(dāng)，則稱為“機(jī)液伺服系統(tǒng)”，以區(qū)別于電反饋系統(tǒng)。

“機(jī)液伺服系統(tǒng)”廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)舵面控制、火炮瞄準(zhǔn)機(jī)構(gòu)操縱、車輛轉(zhuǎn)向控制、仿形機(jī)床以及伺服變量泵等處。

4.1外反饋機(jī)液伺服系統(tǒng)（杠桿比較反饋）

－、工作原理及傳遞函數(shù)

XPXi升力阻力飛機(jī)舵機(jī)液控制系統(tǒng)上應(yīng)用pS飛機(jī)舵機(jī)指令位移比較杠桿舵機(jī)位移XPXV-杠桿比較XP手XiX1X2比較反饋原理X1指令baXi舵機(jī)位移-X2XPabXPXi舵機(jī)位移XV手動(dòng)XV=X1-X2指令液壓動(dòng)力元件擾動(dòng)液壓缸飛機(jī)舵機(jī)XPXV伺服閥液壓能源pS飛機(jī)舵機(jī)XV文字方框圖XPXi比較杠桿舵機(jī)位移手動(dòng)ab-杠桿比較Xi比較元件要求：1）與指令元件相連（手）2）與被控對(duì)象相連（舵機(jī)）3）與放大元件相連（閥芯）

－、工作原理及傳遞函數(shù)

指令液壓動(dòng)力元件擾動(dòng)液壓缸飛機(jī)舵機(jī)XPXV伺服閥液壓能源-杠桿比較Xi動(dòng)力元件-杠桿比較Xi方框圖

－、工作原理及傳遞函數(shù)

方框圖簡(jiǎn)化動(dòng)力元件-杠桿比較Xi開環(huán)傳遞函數(shù)一、工作原理及傳遞函數(shù)

開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)方框圖的畫法4.1外反饋機(jī)液伺服系統(tǒng)

二、穩(wěn)定性分析

幅值穩(wěn)定性裕量

1開環(huán)傳遞函數(shù)一、采用直接位置比較的液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng)指令元件與閥芯相連受控對(duì)象與閥套相連Xi=X芯Xp=X套4.2內(nèi)反饋機(jī)液伺服系統(tǒng)

（閥芯閥套直接比較）

內(nèi)反饋就是直接比較的位置反饋。Xi=X芯Xp=X套閥芯與閥套閥芯閥套直接位置比較Xv-位置比較XiX芯X套1指令與閥連1對(duì)象與閥套連伺服閥XP內(nèi)反饋中的比較元件就是“閥芯”和“閥套”。比較元件要求：1）與指令元件相連（手）2）與被控對(duì)象相連（工作臺(tái)）3）與放大元件相連（閥本身）閥芯與閥套控制框圖采用閥芯閥套直較方式擾動(dòng)液壓缸Xv-位置比較Ka被控工作臺(tái)XP工作臺(tái)指令XiX芯X套1指令傳感器1反饋傳感器伺服閥三、工作原理及傳遞函數(shù)

方框圖動(dòng)力元件-Xi11指令液壓動(dòng)力元件擾動(dòng)液壓缸刀架XPXV伺服閥液壓能源-Xi11動(dòng)力元件-Xi開環(huán)傳遞函數(shù)4.1外反饋機(jī)液伺服系統(tǒng)

四、穩(wěn)定性分析

幅值穩(wěn)定性裕量

4.1外反饋機(jī)液伺服系統(tǒng)

四、穩(wěn)定性分析

四、穩(wěn)態(tài)負(fù)載誤差

四、穩(wěn)態(tài)負(fù)載誤差

動(dòng)力元件-Xi四、穩(wěn)態(tài)負(fù)載誤差

將s=0代入得五、速度誤差

4.3動(dòng)壓反饋裝置液壓伺服系統(tǒng)往往是欠阻尼的，液壓阻尼比小直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和精度。因此提高阻尼比，對(duì)改善系統(tǒng)性能是十分重要的。采用動(dòng)壓反饋可以有效地提高阻尼比，兩種常用的動(dòng)壓反饋裝置，分別是液阻加空氣蓄能器和油氣阻尼器，一、基本方程：二、方框圖與傳遞函數(shù)：三、傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化液壓固有頻率：液壓阻尼比：附加阻尼比：小結(jié)

第三章中所討論的閥控缸，閥控馬達(dá)及系在馬達(dá)等都是開環(huán)控制。這一章講的是在開環(huán)動(dòng)力元件的基礎(chǔ)上，加上反饋裝置后就組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用機(jī)械反饋元件的系統(tǒng)稱為機(jī)液控制。

分析機(jī)液系統(tǒng)時(shí)，首先要分析其工作原理。先必須從實(shí)際系統(tǒng)中找出比較元件，弄清比較方式，明確指令信號(hào)和被控對(duì)象；然后研究閥、缸（動(dòng)力元件）的類型，在此基礎(chǔ)上就可以建立全部基本方程，由基本方程即可求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。有了傳遞函數(shù)，就可以按照制理論分析其靜態(tài)動(dòng)態(tài)品質(zhì)。小結(jié)

機(jī)液伺服系統(tǒng)工作可靠。但是，如果設(shè)計(jì)時(shí)各參數(shù)選擇不好，裝配時(shí)就不易調(diào)整。另外，機(jī)械元件有慣性，時(shí)間常數(shù)較大；機(jī)械運(yùn)動(dòng)件間總有間隙、摩擦，工作久了總有磨損，這些都會(huì)降低系統(tǒng)的精度。

由于液壓動(dòng)力元件的傳遞函數(shù)式是積分環(huán)節(jié)加振蕩環(huán)節(jié)。因此，可以說(shuō)機(jī)液系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)基本上都是積分加振蕩。比較元件要求：1）與指令元件相連；2）與被控對(duì)象相連；3）與放大元件相連。小結(jié)穩(wěn)態(tài)誤差

：穩(wěn)態(tài)誤差與放大元件的輸出流量有關(guān)，與放大元件在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸入量xv成正比。1）負(fù)載誤差與負(fù)載FL成正比,與壓力增益KP成反比(與總壓力流量系數(shù)KCe成正比)；2）速度誤差與給定速度V成正比，與速度增益Kv成反比。因此：1）要想辦法提高壓力增益KP，減小閥的零位泄漏；2）要想辦法在保證穩(wěn)定的前提下，提高速度增益Kv。小結(jié)穩(wěn)定性

：系統(tǒng)穩(wěn)定性與開環(huán)增益Kv有關(guān)，與固有頻率ωh有關(guān)，與阻尼系數(shù)ζh有關(guān)。1）油缸的等效容積越小，液壓彈簧剛度越大，固有頻率ωh越高，穩(wěn)定性越好；2）開環(huán)增益Kv越小，總壓力流量系數(shù)KCe越小，穩(wěn)定性越好；但這與控制精度相矛盾。因此：1）采用零開口閥以減小壓力流量系數(shù)KCe，提高壓力增益KP，從而保證控制精度；2）要想辦法減小油缸的等效容積，提高固有頻率ωh，保證穩(wěn)定性

。幅值穩(wěn)定性裕量

第5章電液伺服閥本章摘要

電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件。它能夠?qū)⑤斎氲奈⑿‰姎庑盘?hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓信號(hào)(流量與壓力)輸出。根據(jù)輸出液壓信號(hào)的不問(wèn)，電液伺服閥和比例閥可分為電液流量控制伺服閥和比例閥和電液壓力控制伺服閥和比例閥兩大類。電液伺服閥控制精度高、響應(yīng)速度快，是一種高性能的電液控制元件，在液壓伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。5.1電液伺服閥的組成與分類一、電液伺服閥的組成電液伺服閥通常由力矩馬達(dá)(或力馬達(dá))、液壓放大器、反饋機(jī)構(gòu)(或平衡機(jī)構(gòu))三部分組成。二、電液伺服閥的分類按液壓放大級(jí)數(shù)分為：?jiǎn)渭?jí)伺服閥此類閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，但由于力矩馬達(dá)或力馬達(dá)輸出力矩或力小、定位剛度低，使閥的輸出流量有限，對(duì)負(fù)裁動(dòng)態(tài)變化敏感，閥的穩(wěn)定性在很大程度上取決于負(fù)載動(dòng)態(tài)，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài)。只適用于低壓、小流量和負(fù)載動(dòng)態(tài)變化不大的場(chǎng)合。兩級(jí)伺服閥此類閥克服了單級(jí)伺服閥缺點(diǎn)，是最常用的型式。三級(jí)伺服閥此類閥通常是由一個(gè)兩級(jí)伺服閥作前置級(jí)控制第三級(jí)功率滑閥．功率級(jí)滑閥閥芯位移通過(guò)電氣反饋形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)功率級(jí)滑閥閥芯的定位。三級(jí)伺服閥通常只用在大流量的場(chǎng)合。按第一級(jí)閥的結(jié)構(gòu)形式分類：可分為：滑閥、單噴嘴擋板閥、雙噴嘴擋板閥射流管閥和偏轉(zhuǎn)板射流閥。按反饋形式分類：可分為滑閥位置反嫂、負(fù)載流量反饋和負(fù)載壓力反饋三種。按力矩馬達(dá)是否浸泡在油中分類：濕式的可使力矩馬達(dá)受到油液的冷卻，但油液中存在的鐵污物使力短馬達(dá)持性變壞，干式的則可使力矩馬達(dá)不受油液污染的影響，目前的伺服閥都采用干式的。5.2力矩馬達(dá)在電液伺服閥中力矩馬達(dá)的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因而是一個(gè)電氣—機(jī)械轉(zhuǎn)換器。電氣—機(jī)械轉(zhuǎn)換器是利用電磁原理工作的。它由永久磁鐵或激磁線圈產(chǎn)生極化磁場(chǎng)。電氣控制信號(hào)通過(guò)控制線圈產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，兩個(gè)磁場(chǎng)之間相互作用產(chǎn)生與控制信號(hào)成比例并能反應(yīng)控制信號(hào)極性的力或力矩，從而使其運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)直線位移或角位移的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。一、力矩馬達(dá)的分類及要求1、力矩馬達(dá)的分類

1)根據(jù)可動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式可分為：直線位移式和角位移式，前者稱力馬達(dá)，后者稱力矩馬達(dá)。

2)按可動(dòng)件結(jié)構(gòu)形式可分為：動(dòng)鐵式和動(dòng)圈式兩種。前者可動(dòng)件是銜鐵，后者可動(dòng)件是控制線圈。3)按極化磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式可分為：非激磁式、固定電流激磁和永磁式三種。

2、對(duì)力矩馬達(dá)的要求

作為閥的驅(qū)動(dòng)裝置，對(duì)它提出以下要求；

1)能夠產(chǎn)生足夠的輸出力和行程，問(wèn)時(shí)體積小、重量輕。

2)動(dòng)態(tài)性能好、響應(yīng)速度快。

3)直線件好、死區(qū)小、靈敏度高和磁滯小。

4)在某些使用情況下，還要求它抗振、抗沖擊、不受環(huán)境溫度和壓力等影響。

二、永磁力矩馬達(dá)

1、力矩馬達(dá)的工作原理

圖2所示為一種常用的永磁動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)工作原理圖，它由永久磁鐵、上導(dǎo)磁體、下導(dǎo)磁體、銜鐵、控制線圈、彈簧管等組成。銜鐵固定在彈簧管上端，由彈簧管支承在上、下導(dǎo)磁體的中間位置，可繞彈簧管的轉(zhuǎn)動(dòng)中心作微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。銜鐵兩端與上、下導(dǎo)磁體(磁極)形成四個(gè)工作氣隙①、②、⑤、①。兩個(gè)控制線圈套在銜鐵之上。上、下導(dǎo)磁體除作為磁極外，還為永久磁鐵產(chǎn)生的極化磁通和控制線圈產(chǎn)生的控制磁通提供磁路。2、力矩馬達(dá)的電磁力矩通過(guò)力矩馬達(dá)的磁路分析可以求出電磁力矩的計(jì)算公式。從磁路分析知電磁力矩是非線性的，因此為保證輸出曲線的線性，往往設(shè)計(jì)成可動(dòng)位移和氣隙長(zhǎng)度只比小于三分之一，控制磁通遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極化磁通。三、

永磁動(dòng)圈式力馬達(dá)圖示為永磁動(dòng)式力馬達(dá)的結(jié)構(gòu)原理。力馬達(dá)的可動(dòng)線圈懸置于作氣隙中，永久磁鐵在工作氣隙中形成極化磁通，當(dāng)控制電流加到線圈上時(shí)，線圈就會(huì)受到電磁力的作用而運(yùn)動(dòng)。線圈的運(yùn)動(dòng)方向可根據(jù)磁通方向和電流方向按左手定則判斷。線圈上的電磁力克服彈簧力和負(fù)載力，使線圈產(chǎn)生一個(gè)與控制電流成比例的位移。四、動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)與動(dòng)圈式力矩馬達(dá)的比較1)動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)因磁滯影響而引起的輸出位移滯后比動(dòng)圈式力馬達(dá)大。2)動(dòng)圈式力馬達(dá)的線性范圍比動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)寬。因此．動(dòng)圈式力馬達(dá)的工作行程大，而動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)的工作行程小。3)在同樣的慣性下，動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)的輸出力矩大，而動(dòng)圈式力馬達(dá)的輸出力小。動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)因輸出力矩大，支承彈簧剛度可以取得大，使銜鐵組件的固有頻率高，而力馬達(dá)的彈簧剛度小，動(dòng)圈組件的固有頻率低。4)減小工作氣隙的長(zhǎng)度可提高動(dòng)圈式力馬達(dá)和動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)的靈敏度。但動(dòng)圈式力馬達(dá)受動(dòng)圈尺寸的限制，而動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)受靜不穩(wěn)定的限制。5)在相同功率情況下，動(dòng)圈式力馬達(dá)比動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)體積大，但動(dòng)圈式力馬達(dá)的造價(jià)低。5.3力反饋兩級(jí)電液伺服閥一、工作原理無(wú)控制電流時(shí)，銜鐵由彈簧管支承在上、下導(dǎo)磁體的中間位置，擋板也處于兩個(gè)噴嘴的中間位置，滑閥閥芯在反饋桿小球的約束下處于中位，閥無(wú)液壓輸出。當(dāng)有差動(dòng)控制電流輸入時(shí)．在銜鐵上產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾姶帕?，使銜鐵擋板組件繞彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)中心逆時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)，彈簧管和反饋桿產(chǎn)生變形，擋板偏離中位。這時(shí)，噴嘴擋板閥右間隙減小而左間隙增大，引起滑閥左腔控制壓力增大，右腔控制壓力減小，推動(dòng)滑閥閥芯左移。同時(shí)帶動(dòng)反饋桿端部小球左移，使反饋桿進(jìn)一步變形。當(dāng)反饋桿和彈簧管變形產(chǎn)生的反力矩與電磁力矩相平衡時(shí)，銜鐵擋板組件便處于一個(gè)平衡位旨。在反饋桿端部左移進(jìn)一步變形時(shí)，使擋板的偏移減小，趨于中位。這使左腔控制壓力又降低，右腔控制壓力增高，當(dāng)閥芯兩端的液壓力與反饋桿變形對(duì)閥芯產(chǎn)生的反作用力以及滑閻的液動(dòng)力相平衡時(shí)，閥芯停止運(yùn)動(dòng)，其位移與控制電流成比例。在負(fù)載壓差—定時(shí)，閥的輸出流量也與控制電流成比例。所以這是一種流量控制伺服閥。二、基本方程與方框圖力矩馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方程包括基本電壓方程，銜鐵和擋板組件的運(yùn)動(dòng)方程，擋板位移于轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，噴嘴擋板至滑閥的傳遞函數(shù)，閥控液壓缸的傳遞函數(shù)，以及作用在擋板上的壓力反饋方程，根據(jù)這些方程可以畫出電液伺服閥的方框圖。三、力反饋伺服閥的傳遞函數(shù)給出的傳遞函數(shù)是一個(gè)慣性加振蕩的環(huán)節(jié)，重點(diǎn)介紹近似的傳遞函數(shù)：在大多數(shù)電液伺服系統(tǒng)中，伺服閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)往往高于動(dòng)力元件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)持性分析與設(shè)計(jì)，伺服閥的傳遞函數(shù)可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化，一般可用二階振蕩環(huán)節(jié)表示。如果伺服閥二階環(huán)節(jié)的固有頻率高于動(dòng)力元件的固有頻率，伺服閥傳遞函數(shù)還可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，當(dāng)伺服閥的固有頻率遠(yuǎn)大于動(dòng)力元件的固有頻率，伺服閥可看成比例環(huán)節(jié)。5.5其它型式的電液伺服閥簡(jiǎn)介一、彈簧對(duì)中式兩級(jí)電液伺服閥

彈簧對(duì)中式伺服閥是早期伺服閥的結(jié)構(gòu)型式，它的第—級(jí)是雙噴嘴擋板閥，第二級(jí)是滑閥，閥芯兩端各有一根對(duì)中彈簧。當(dāng)控制電流輸入時(shí)，閥芯在對(duì)中彈簧作用下處于中位。當(dāng)有控制電流輸入時(shí)，對(duì)中彈簧力與噴嘴擋板閥輸出的液壓力相平衡，使閥芯取得一個(gè)相應(yīng)的位移，輸出相應(yīng)的流量。這種伺服閥屬于開環(huán)控制、其性能受溫度、壓力及閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的影響較大；銜鐵及擋板的位移都較大．對(duì)力矩馬達(dá)的線件要求較高；對(duì)中彈簧要求體積小、剛度大、抗疲勞好，因此制造困難；兩端對(duì)中彈簧由于制造和安裝的誤差．易對(duì)閥芯產(chǎn)生側(cè)向卡緊力．增加閥芯摩擦力．使閥的滯環(huán)增大，分辨率降低。但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，可適用于—般的、性能要求不高的電液伺服系統(tǒng)。二、射流管式兩級(jí)電液伺服閥

照?qǐng)D說(shuō)明射流管式伺服閥的原理。射流管由力矩馬達(dá)帶動(dòng)偏轉(zhuǎn)。射流管焊接于銜鐵上，并由薄壁彈簧片支承。液壓油通過(guò)柔性的供壓管進(jìn)入射流管．從射流管噴射出的液壓油進(jìn)入與滑閥兩端控制腔分別相通的兩個(gè)接收孔中，推動(dòng)閥芯移動(dòng)。射流管的側(cè)面裝有彈簧板板及反饋彈簧絲．共末端插入閥從中的小槽內(nèi)，閥芯移動(dòng)推動(dòng)反饋彈簧絲．構(gòu)成對(duì)力矩馬達(dá)的力反饋。力矩馬達(dá)借助于薄壁彈簧片實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓部分的密封隔離。三、動(dòng)壓反饋伺服閥壓力—流量伺服閥雖然增加了系統(tǒng)的阻尼，但降低了系統(tǒng)的靜剛度，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)．出現(xiàn)了功壓反饋伺服閥，與壓力—流量伺服閥相比。它增加樂(lè)由出彈簧活寒和液阻(固定節(jié)流孔)所組成的壓力微分網(wǎng)絡(luò)，負(fù)載壓力通過(guò)壓力微分網(wǎng)絡(luò)反饋到滑閥，此閥在動(dòng)態(tài)時(shí)，具有壓力—流量伺服閥的持性，在穩(wěn)態(tài)時(shí)具有流量伺服閥的持性。5.6電液伺服閥的主要性能參數(shù)一、靜態(tài)特性電液流量伺服閥的靜態(tài)性能，可根據(jù)測(cè)試所得到負(fù)載流量特性、空載流量特性、壓力特性、內(nèi)泄漏特性等曲線等性能指標(biāo)加以評(píng)定。包括1、負(fù)載流量特性2、空載流量特性流量曲線非常有用，它不僅給出閥的極性、額定空載流量、名義流量增益，而且從中還可以得到閥的線件度、對(duì)稱度、滯環(huán)、分辨率，并揭示閥的零區(qū)特性。3、壓力特性壓力特性曲線是輸出流量為零(兩個(gè)負(fù)載油門關(guān)閉)時(shí)，負(fù)載壓降與輸入電流呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線。4、內(nèi)泄漏特性5、零漂二、

動(dòng)態(tài)特性主要是用頻率響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)表示。三、輸入特性線圈接法1、電液伺服閥由哪幾部分組成?各部分的作用是什么？2、力矩馬達(dá)為何要有極化磁場(chǎng)?3、永磁動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)的電磁力矩是如何產(chǎn)生的？為什么會(huì)出現(xiàn)負(fù)磁彈簧剛度？4、為什么把、稱為中位電磁力矩系數(shù)和中位磁彈簧剛度？5、為什么動(dòng)圈式力馬達(dá)沒(méi)有磁彈簧剛度?這種力馬達(dá)有什么特點(diǎn)？6、為什么噴嘴擋板式力反饋兩級(jí)伺服閥在穩(wěn)態(tài)時(shí)，擋板在中位附近工作？有什么好處？7、如何提高力反饋伺服閥的頻寬，提高頻寬受什么限制？8、為了減小力矩馬達(dá)線圈電感的影響，應(yīng)采取什么措施?9、在什么情況下電液伺服閥可看成振蕩環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、比例環(huán)節(jié)？10、為什么力反饋伺服閥流量控制的精確性需要靠功率滑閥的精度來(lái)保證?11、壓力伺服閥與壓力—流量伺服閥有什么區(qū)別?12．壓力—流量伺服閥與動(dòng)壓反饋伺服閥有什么區(qū)別?思考題第6章電液伺服系統(tǒng)本章摘要

介紹電液伺服系統(tǒng)類型，重點(diǎn)講述了三種典型電液伺服系統(tǒng)（位置、速度、力）的分析，并對(duì)電液伺服系統(tǒng)的校正方法加以論述。6.1電液伺服系統(tǒng)的類型一、模擬伺服系統(tǒng)在模擬伺服系統(tǒng)中，全部信號(hào)都是連續(xù)的模擬量，模擬伺服系統(tǒng)重復(fù)精度高，但分辨能力較低(絕對(duì)精度低)。伺服系統(tǒng)的精度在很大程度上取決于檢測(cè)裝置的精度，另外模擬式檢測(cè)裝置的精度一般低于數(shù)字式檢測(cè)裝置．所以模擬伺服系統(tǒng)分辨能力低于數(shù)字伺服系統(tǒng)。另外模擬伺服系統(tǒng)中微小信號(hào)容易受到噪聲和零漂的影響、因此當(dāng)輸入信號(hào)接近或小于輸入端的噪聲和零漂時(shí)，就不能進(jìn)行有效的控制了。二、

數(shù)字伺服系統(tǒng)在數(shù)字伺服系統(tǒng)中，全部信號(hào)或部分信號(hào)是離散參量。因此數(shù)字伺服系統(tǒng)又分為全數(shù)字伺服系統(tǒng)和數(shù)字—模擬伺服系統(tǒng)兩種。6.2電液位置伺服系統(tǒng)的分析6.2.1系統(tǒng)的組成及其傳遞函數(shù)電液伺服系統(tǒng)的動(dòng)力元件不外乎閥控式和泵控式兩種基本型式，但由于所采用的指令裝置、反饋測(cè)量裝置和相應(yīng)的放大、校正的電子部件不同．就構(gòu)成了不