1、第九章 液壓伺服系統(tǒng),9.1 概述,9.1 概述,1.液壓伺服系統(tǒng)的原理,液壓伺服系統(tǒng)是根據(jù)液壓傳動(dòng)原理建立起來(lái)的一種自動(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)地按著輸入信號(hào)的變化規(guī)律運(yùn)動(dòng)。由于執(zhí)行元件能自動(dòng)地跟隨控制元件運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行自動(dòng)控制，所以稱為液壓伺服系統(tǒng)，也叫跟蹤系統(tǒng)或隨動(dòng)系統(tǒng)。,圖8-1所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的液壓伺服系統(tǒng)。反饋控制的原理如下：上部是四通滑閥，作為轉(zhuǎn)換放大元件（控制閥），把輸入的機(jī)械信號(hào)（位移或速度）轉(zhuǎn)換并放大成液壓信號(hào)（流量或壓力）輸出至液壓缸。下部的液壓缸，作為執(zhí)行元件帶動(dòng)負(fù)載移動(dòng)。由于閥體和缸體制成一個(gè)整體，從而構(gòu)成反饋控制。它的反饋過(guò)程是：給控制閥一個(gè)輸

2、入位移xi，a、b口便有一個(gè)相應(yīng)的開口量xv=xi，壓力油經(jīng)a口進(jìn)人液壓缸右腔，左腔回油，缸體右移由于缸體與閥體是一體的，因此閥體也右移xp。因閥芯受輸人端制約，則閥的開口量減少，直到xv=xi，即xv= 0，閥的輸出量等于零。缸體才停止運(yùn)動(dòng)，處在一個(gè)新的平衡位置。完成了液壓缸輸出位移對(duì)輸人位移的跟隨運(yùn)動(dòng)。如果控制閥反向運(yùn)動(dòng)，液壓缸也反向跟隨運(yùn)動(dòng)。,在這個(gè)系統(tǒng)中，輸出位移xp之所以能夠精確地復(fù)現(xiàn)輸人位移xi的變化，是因?yàn)楦左w和閥體是一個(gè)整體，因而構(gòu)成了反饋控制。缸體的輸出信號(hào)（位移xp）反饋至閥體，并與控制閥輸入信號(hào)（位移xi）進(jìn)行比較，有偏差（即有開口量）缸體就繼續(xù)移動(dòng)，直到消除偏差為止?？?/p>

3、以看出，這個(gè)系統(tǒng)是靠偏差信號(hào)工作的，即以偏差來(lái)消除偏差，這就是反饋控制的原理。系統(tǒng)的工作原理可用圖8-2所示的方塊圖來(lái)表示。,上述系統(tǒng)中，移動(dòng)滑閥的信號(hào)功率是很小的，而系統(tǒng)輸出的功率（液壓缸輸出的速度和輸出的力）卻可以達(dá)到很大，因此這是一個(gè)功率放大裝置。功率放大所需要的能量由液壓源供給，供給能量的控制是根據(jù)伺服系統(tǒng)偏差的大小自動(dòng)地進(jìn)行的。所以也可以說(shuō)液壓伺服系統(tǒng)是一個(gè)控制能源輸出的裝置，在其輸人量與輸出量之間自動(dòng)而連續(xù)地保持一定的符合一致的關(guān)系，并且用這兩個(gè)量之差來(lái)控制能源的輸出。,液壓伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)如下： （1）反饋。把輸出量的一部分或全部按一定方式回送到輸入端，并和輸入信號(hào)進(jìn)行比較，這就是

4、反饋。在上例中，反饋（測(cè)速裝置輸出）電壓和給定（輸入信號(hào)）電壓是異號(hào)的，即反饋信號(hào)不斷地抵消輸入信號(hào)，這是負(fù)反饋。自動(dòng)控制系統(tǒng)大多數(shù)是負(fù)反饋。 （2）偏差。要使液壓缸輸出一定的力和速度，伺服閥必須有一定的開口量，因此輸入和輸出之間必須有偏差信號(hào)。液壓缸運(yùn)動(dòng)的結(jié)果又力圖消除這個(gè)誤差。但在伺服系統(tǒng)工作的任何時(shí)刻都不能完全消除這一偏差，伺服系統(tǒng)正是依靠這一偏差信號(hào)進(jìn)行工作的。 （3）放大。執(zhí)行元件（液壓缸）輸出的力和功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)的力和功率，其輸出的能量是液壓能源供給的。 （4）跟蹤。液壓缸的輸出量完全跟蹤輸入信號(hào)的變化。,二、液壓伺服系統(tǒng)的構(gòu)成,實(shí)際的液壓伺服系統(tǒng)無(wú)論多么復(fù)雜，都是由一些基本

5、元件所組成的，并可以用圖8-3 所示的方塊圖來(lái)加以表示。,圖8-3中，輸人元件給出輸人信號(hào)，加入系統(tǒng)的輸入端。反饋測(cè)量元件測(cè)量系統(tǒng)的輸出量，并轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)，加人系統(tǒng)的輸人端與輸人信號(hào)進(jìn)行比較，從而構(gòu)成了反饋控制。輸入信號(hào)和反饋信號(hào)應(yīng)轉(zhuǎn)換成相同形式的物理量，以便進(jìn)行比較。,比較元件將反饋信號(hào)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)加于放大裝置。比較元件有時(shí)并不單獨(dú)存在，而是與輸入元件、反饋測(cè)量元件或放大裝置一起，由同一結(jié)構(gòu)元件來(lái)完成。如圖8-1中的滑閥，同時(shí)完成比較放大兩種功能。 轉(zhuǎn)換放大裝置的功用是將偏差信號(hào)的能量形式進(jìn)行變換并加以放大，輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)換放大裝置的輸出級(jí)是液壓的，但前置級(jí)可以是液

6、壓的、電的、氣動(dòng)的、機(jī)械的或它們的組合形式。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)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)。在液壓伺服系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是液壓缸、擺動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)。 概括起來(lái)，液壓伺服系統(tǒng)由以下四個(gè)部分組成，即偏差檢測(cè)器、轉(zhuǎn)換放大裝置（包括能源）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制對(duì)象。,三、液壓伺服系統(tǒng)的分類,伺服系統(tǒng)可以從下面不同的角度加以分類。 （1）按輸入的信號(hào)變化規(guī)律分類：有定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)三類。 當(dāng)系統(tǒng)輸入信號(hào)為定值時(shí)，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(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)也稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，其輸入信號(hào)是時(shí)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。 （2）按輸入信號(hào)的不同分類：有機(jī)液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)、氣液伺服系統(tǒng)等。 （3）按輸出的物理量分類：有位置伺服系統(tǒng)、速度伺服系統(tǒng)、力（或壓力）伺服系統(tǒng)等。 （4）按控制元件分類：有閥控系統(tǒng)和泵控系統(tǒng)。 在機(jī)械設(shè)備中，閥控系統(tǒng)應(yīng)用較多，故本章重點(diǎn)介紹閥控系統(tǒng)。,四、液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),液壓伺服系統(tǒng)除具有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)所固有的一系列優(yōu)點(diǎn)外，還具有控制精度高、響應(yīng)速度快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。 但是，液壓伺服元件加工精度