1、12p 電液伺服閥是液壓伺服系統中的重要元件，它是一電液伺服閥是液壓伺服系統中的重要元件，它是一種通過改變輸入信號，種通過改變輸入信號，連續的、成比例連續的、成比例的控制的控制流量、流量、壓力壓力的液壓控制閥。的液壓控制閥。p 根據輸入信號的方式不同，又分為根據輸入信號的方式不同，又分為電液伺服閥電液伺服閥和和機機液伺服閥液伺服閥兩大類。兩大類。2 2、電液伺服閥的作用及特點、電液伺服閥的作用及特點 電液伺服閥是將輸入的電液伺服閥是將輸入的微小模擬電氣信號微小模擬電氣信號轉換為大功率的轉換為大功率的液液壓信號壓信號(流量與壓力流量與壓力)輸出，實現電液信號的轉換與放大。輸出，實現電液信號的轉換

2、與放大。電液伺服閥具有電液伺服閥具有動態響應快、控制精度高、使用壽命長動態響應快、控制精度高、使用壽命長等優等優點，已廣泛應用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領域的電點，已廣泛應用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領域的電液伺服控制系統中。液伺服控制系統中。7.1 7.1 電液伺服閥的作用和特點電液伺服閥的作用和特點3、電液伺服閥的組成、電液伺服閥的組成（1）電）電力轉換部分：力轉換部分：通常為力馬達或力矩馬達；通常為力馬達或力矩馬達；（2）力）力位移轉換部分：位移轉換部分：通常為扭簧、彈簧管或彈簧；通常為扭簧、彈簧管或彈簧；（3）液壓放大器：）液壓放大器：通常前置級為滑閥式、射流管式或噴嘴擋板

3、通常前置級為滑閥式、射流管式或噴嘴擋板式液壓放大器，而功率放大級均為滑閥式液壓放大器。式液壓放大器，而功率放大級均為滑閥式液壓放大器。7.2 電液伺服閥的組成和工作原理電液伺服閥的組成和工作原理按第一級液壓放大器的結構分：按第一級液壓放大器的結構分：l 滑閥放大器、單噴嘴擋板閥、雙噴嘴擋板閥、射流管及射流元件滑閥放大器、單噴嘴擋板閥、雙噴嘴擋板閥、射流管及射流元件7.3 電液伺服閥的分類電液伺服閥的分類67.4 電液伺服閥的特性電液伺服閥的特性 一、靜態特性一、靜態特性 電液伺服閥的靜態性能，可根據測試得到的負載流量特性、空載流量特性、壓力特性、內泄漏特性等曲線和性能指標進行評定。1 1 負載

4、流量特性（壓力負載流量特性（壓力- -流量特性）流量特性） 負載流量特性曲線完全描述了伺服閥的靜態特性。這些曲線主要還是用來確定伺服閥的類型和估計伺服閥的規格，以便與所要求的負載流量和負載壓力相匹配。72 2 空載流量特性空載流量特性 空載流量特性曲線是輸出流量與輸入電流呈回環狀的函數曲線。它是在給定的伺服閥壓降和負載壓降為零的條件下，使輸入電流在正、負額定電流值之間以閥的動態特性不產生影響的循環速度作一完整循環描繪出來的連續曲線。7.4 電液伺服閥的特性電液伺服閥的特性83 3 壓力特性壓力特性 壓力特性曲線是輸出流量為零（兩個負載油口關閉）時，負載壓降與輸入電流呈回環狀的函數曲線，如圖所示

5、。負載壓力對輸入電流的變化就是壓力增益，單位為pa/A。7.4 電液伺服閥的特性電液伺服閥的特性94 4 內泄漏特性內泄漏特性當閥處于零位時，內泄漏流量（零位內泄漏流量）最大。對兩級伺服閥而言，內泄漏流量由前置級的泄漏流量qp0和功率級泄漏流量q1組成。功率滑閥的零位泄漏流量qc與供油壓力ps之比，可作為滑閥的流量-壓力系數。零位泄漏流量對新閥可作為滑閥制造質量的指標，對舊閥可反映滑閥的磨損情況。5 5 零漂零漂工作條件或環境變化所導致的零偏變化，以其對額定電流的百分比表示。7.4 電液伺服閥的特性電液伺服閥的特性10 二、動態特性二、動態特性電液伺服閥的動態特性可用頻率響應或瞬態響應表示，一

6、般用頻率響應表示。電液伺服閥的頻率響應是輸入電流在某一頻率范圍內作等幅變頻正弦變化時，空載流量與輸入電流的復數比，頻響特性曲線如圖所示。7.4 電液伺服閥的特性電液伺服閥的特性 頻寬是伺服閥響應速度的度量。頻寬應根據系統實際需要確定，頻寬過低會限制系統的響應速度，過高會使高頻干擾傳到負載上去。111）在結構改進上，目前主要是利用冗余技術對伺服閥的結構進行改造。p俄羅斯研制的射流管式伺服閥閥芯兩端設計了雙冗余位置俄羅斯研制的射流管式伺服閥閥芯兩端設計了雙冗余位置傳感器，用來檢測閥芯位置。一旦出現故障信號可立即切傳感器，用來檢測閥芯位置。一旦出現故障信號可立即切換備用伺服閥。換備用伺服閥。p美國的

7、美國的Moog公司和俄羅斯的沃斯霍得工廠均已研制出四公司和俄羅斯的沃斯霍得工廠均已研制出四余度的伺服機構用于航天行業。余度的伺服機構用于航天行業。p我國的航天系統有關單位早在我國的航天系統有關單位早在90年代就已進行三余度等多年代就已進行三余度等多余度伺服機構的研制，將伺服閥的力矩馬達、反饋元件、余度伺服機構的研制，將伺服閥的力矩馬達、反饋元件、滑閥副做成多套，發生故障可隨時切換，保證系統的正常滑閥副做成多套，發生故障可隨時切換，保證系統的正常工作。工作。7.5 電液伺服閥的發展趨勢電液伺服閥的發展趨勢12 2）在加工工藝的改進方面，采用新型的加工設備和工藝來提高伺服閥的加工精度及能力。 7.

8、5 電液伺服閥的發展趨勢電液伺服閥的發展趨勢p如在閥芯閥套配磨方法上，國內提出了智能化、全自動的如在閥芯閥套配磨方法上，國內提出了智能化、全自動的配磨系統。配磨系統。p在力矩馬達的焊接方面，中船重工第在力矩馬達的焊接方面，中船重工第704研究所與德國知研究所與德國知名廠家合作采用了世界最先進的焊接工藝取得了良好的效名廠家合作采用了世界最先進的焊接工藝取得了良好的效果。果。p提出智能化的伺服閥力矩馬達彈性元件測量裝置。對彈性提出智能化的伺服閥力矩馬達彈性元件測量裝置。對彈性元件能高效完成剛度測量、得到完整的測量曲線，且不重元件能高效完成剛度測量、得到完整的測量曲線，且不重復性測量誤差不大于復性測

9、量誤差不大于1%。 13 3）在材料的更替上方面，除了對某些零件采用了強度、彈性、硬度等機械性能更優越的材料外。還對特別用途的伺服閥采用了特殊的材料。p德國有關公司用紅寶石材料制作噴嘴檔板，防止因氣饋造德國有關公司用紅寶石材料制作噴嘴檔板，防止因氣饋造成檔板和噴嘴的損傷、動靜態性能降低、工作壽命縮短。成檔板和噴嘴的損傷、動靜態性能降低、工作壽命縮短。機械反饋桿頭部的小球也用紅寶石制作，防止小球和閥芯機械反饋桿頭部的小球也用紅寶石制作，防止小球和閥芯小槽之間的磨損，使閥失控，并產生尖叫。小槽之間的磨損，使閥失控，并產生尖叫。p航空六航空六O九所、中船重工第七九所、中船重工第七O四研究所等單位均采

10、用新材四研究所等單位均采用新材料研制了能以航空煤油、柴油為介質的耐腐蝕伺服閥。料研制了能以航空煤油、柴油為介質的耐腐蝕伺服閥。p此外對密封圈的材料也進行了更替，使伺服閥耐高壓、耐此外對密封圈的材料也進行了更替，使伺服閥耐高壓、耐腐蝕的性能得到提高。腐蝕的性能得到提高。 7.5 電液伺服閥的發展趨勢電液伺服閥的發展趨勢14 4）在測試方法改進方面，隨著計算機技術的高速發展生產單位均采用計算機技術對伺服閥的靜、動態性能進行測試與計算。p某些單位還對如何提高測量精度，降低測量儀器本身的振某些單位還對如何提高測量精度，降低測量儀器本身的振動、熱噪聲和外界的高頻干擾對測量結果的影響，作了深動、熱噪聲和外

11、界的高頻干擾對測量結果的影響，作了深入的研究。入的研究。p如采用測頻如采用測頻/測周法、尋優信號測試法、小波消噪法、正弦測周法、尋優信號測試法、小波消噪法、正弦輸入法及數字濾波等新技術對伺服閥測試設備及方法進行輸入法及數字濾波等新技術對伺服閥測試設備及方法進行了研制和改進。了研制和改進。 7.5 電液伺服閥的發展趨勢電液伺服閥的發展趨勢15168.1 8.1 液壓伺服控制系統的基本原理液壓伺服控制系統的基本原理8.2 8.2 液壓伺服控制系統的分類液壓伺服控制系統的分類8.3 8.3 液壓伺服控制系統的優缺點液壓伺服控制系統的優缺點8.4 8.4 液壓伺服控制系統的發展和應用概況液壓伺服控制系

12、統的發展和應用概況17 目的任務目的任務: : 1、了解液壓伺服控制系統的原理及組成、了解液壓伺服控制系統的原理及組成 2、了解液壓伺服控制系統的特點、了解液壓伺服控制系統的特點 3、了解液壓伺服控制系統的分類、了解液壓伺服控制系統的分類 重點難點重點難點: : 液壓伺服控制系統的原理液壓伺服控制系統的原理188.1 液壓伺服控制系統的概述液壓伺服控制系統的概述v 液壓伺服控制是以液壓伺服控制是以液壓伺服閥液壓伺服閥為核心的高精為核心的高精度控制系統。度控制系統。v 液壓伺服控制系統液壓伺服控制系統是一種通過改變輸入信號，是一種通過改變輸入信號，連續、成比例連續、成比例的控制的控制流量流量和和

13、壓力壓力進行液壓控進行液壓控制的系統。制的系統。v 電液伺服系統通過電液伺服系統通過電氣傳動方式電氣傳動方式，將電氣信，將電氣信號輸入系統，來操縱有關的液壓控制元件動號輸入系統，來操縱有關的液壓控制元件動作，控制液壓執行元件使其跟隨輸入信號動作，控制液壓執行元件使其跟隨輸入信號動作。作。198.1 液壓伺服控制系統的概述液壓伺服控制系統的概述v 液壓伺服系統（液壓伺服系統（Hydraulic Servo System）是）是一種自動控制系統，是由反饋控制技術、電子技術一種自動控制系統，是由反饋控制技術、電子技術與液壓技術相互結合而產生的。與液壓技術相互結合而產生的。v 執行元件的運動跟隨控制元

14、件（或輸入信號）運動執行元件的運動跟隨控制元件（或輸入信號）運動的改變而變化，所以又稱為隨動系統，也稱為跟蹤的改變而變化，所以又稱為隨動系統，也稱為跟蹤系統，其輸出能自動、快速而準確的復現輸入量的系統，其輸出能自動、快速而準確的復現輸入量的變化規律。變化規律。v 液壓伺服系統具有重量輕，體積小、反應快、系統液壓伺服系統具有重量輕，體積小、反應快、系統剛度大和伺服精度高等優點，因而在機械、船舶、剛度大和伺服精度高等優點，因而在機械、船舶、航空、冶金和化工部門中得到廣泛的應用。航空、冶金和化工部門中得到廣泛的應用。208.2 液壓伺服控制系統的工作原理液壓伺服控制系統的工作原理v 指令信號與從傳感

15、器檢測的反饋信號經過比指令信號與從傳感器檢測的反饋信號經過比較放大后，輸入電液伺服閥，經過閥的轉換較放大后，輸入電液伺服閥，經過閥的轉換放大后輸出液壓能，液壓能推動液壓缸活塞放大后輸出液壓能，液壓能推動液壓缸活塞移動，活塞移動的位置總是按照指令信號給移動，活塞移動的位置總是按照指令信號給定的規律變化。定的規律變化。218.2 液壓伺服控制系統的工作原理液壓伺服控制系統的工作原理v當控制閥芯處于中間位置，閥沒有流量流出，液壓缸不動，系統的當控制閥芯處于中間位置，閥沒有流量流出，液壓缸不動，系統的輸出量，系統處于靜止平衡狀態。輸出量，系統處于靜止平衡狀態。v如果給控制滑閥一個輸入位移，閥芯將向右運

16、動而偏離其中間位置，如果給控制滑閥一個輸入位移，閥芯將向右運動而偏離其中間位置，則節流窗口則節流窗口a、b便有一個相應的開口量，液壓油經過便有一個相應的開口量，液壓油經過a口進入液壓口進入液壓缸右腔，左腔的液壓油經缸右腔，左腔的液壓油經b口回油，缸體向右移動。因為滑閥與缸口回油，缸體向右移動。因為滑閥與缸體是一個整體，則閥的開口減小，直到閥的輸出流量為零，閥體停體是一個整體，則閥的開口減小，直到閥的輸出流量為零，閥體停止運動，處于一個新的平衡位置，完成液壓缸輸出位移對滑閥輸入止運動，處于一個新的平衡位置，完成液壓缸輸出位移對滑閥輸入位移的跟隨運動。位移的跟隨運動。22238.3 液壓伺服控制系

17、統的特點液壓伺服控制系統的特點v 反饋系統反饋系統：把輸出量的一部分或者全部按照一定方式：把輸出量的一部分或者全部按照一定方式送回輸入端，并和輸入信號比較。送回輸入端，并和輸入信號比較。v 靠偏差工作靠偏差工作：要使執行元件輸出一定的位移，滑閥必：要使執行元件輸出一定的位移，滑閥必須具有一定的開口量，因此輸出與輸入之間必須有偏須具有一定的開口量，因此輸出與輸入之間必須有偏差信號，執行元件的運動又試圖消除這個偏差。但是差信號，執行元件的運動又試圖消除這個偏差。但是在伺服系統中任何時間都不能完全消除這個偏差，伺在伺服系統中任何時間都不能完全消除這個偏差，伺服系統正是依靠這一偏差信號進行工作的。服系

18、統正是依靠這一偏差信號進行工作的。v 放大系統放大系統：執行元件輸出的位移遠遠大于輸入信號的：執行元件輸出的位移遠遠大于輸入信號的位移，其輸出的能量是由液壓能源供給的。位移，其輸出的能量是由液壓能源供給的。v 跟蹤系統跟蹤系統：執行元件的輸出量跟蹤輸入信號的變化。：執行元件的輸出量跟蹤輸入信號的變化。248.4 液壓伺服控制系統的組成液壓伺服控制系統的組成v輸入元件輸入元件 通過輸入元件，給出必要的控制信號；通過輸入元件，給出必要的控制信號；v檢測反饋元件檢測反饋元件 檢測被控制量，產生系統的反饋信號，通常為各檢測被控制量，產生系統的反饋信號，通常為各種傳感器。種傳感器。v比較元件比較元件 將

19、輸入信號與反饋信號進行比較并將其差值作為放將輸入信號與反饋信號進行比較并將其差值作為放大變換元件的輸入信號。有些系統沒有單獨的比較元件，而是由大變換元件的輸入信號。有些系統沒有單獨的比較元件，而是由反饋元件、輸入元件或放大變換元件的一部分來實現其比較功能。反饋元件、輸入元件或放大變換元件的一部分來實現其比較功能。v放大元件放大元件 將偏差信號放大并轉換后，控制執行元件，如伺服放將偏差信號放大并轉換后，控制執行元件，如伺服放大器，液壓控制閥，電液伺服閥等。大器，液壓控制閥，電液伺服閥等。v執行元件執行元件 直接帶動控制對象動作的元件或機構，通常為液壓缸直接帶動控制對象動作的元件或機構，通常為液壓

20、缸 或液壓馬達。或液壓馬達。v控制對象控制對象 機器直接工作的部分，如設備的工作臺、刀架等。機器直接工作的部分，如設備的工作臺、刀架等。258.4 液壓伺服控制系統的類型液壓伺服控制系統的類型v 按控制信號的類別和回路的組成分為：按控制信號的類別和回路的組成分為：機液伺機液伺服控制系統、電液伺服控制系統和氣液伺服控服控制系統、電液伺服控制系統和氣液伺服控制系統制系統等。等。v 按控制元件的不同分為：按控制元件的不同分為：滑閥式、射流管式、滑閥式、射流管式、噴嘴擋板式、轉閥式噴嘴擋板式、轉閥式等。等。v 按控制方式不同分為：按控制方式不同分為：閥控式和泵控式閥控式和泵控式系統。系統。v 按所控制

21、的物理量分為：按所控制的物理量分為：位置伺服控制系統、位置伺服控制系統、速度伺服系統和力控制系統速度伺服系統和力控制系統。268.4 液壓伺服控制系統的優缺點液壓伺服控制系統的優缺點v 優點：優點：系統剛度大、控制精度高、行進速度快、系統剛度大、控制精度高、行進速度快、自動化程度高等優點。因而可以組成體積小、自動化程度高等優點。因而可以組成體積小、重量輕、加速能力強、快速動作和控制精度高重量輕、加速能力強、快速動作和控制精度高的伺服系統，來控制大功率和大負載的系統。的伺服系統，來控制大功率和大負載的系統。v 缺點：缺點：液壓伺服系統對油液的污染比較敏感，液壓伺服系統對油液的污染比較敏感，因此可

22、靠性受到影響；在小功率系統中，液壓因此可靠性受到影響；在小功率系統中，液壓伺服控制不如電器控制靈活；伺服元件加工精伺服控制不如電器控制靈活；伺服元件加工精度高，因此價格較貴。度高，因此價格較貴。2728 液壓工作臺位置控制系統液壓工作臺位置控制系統傳感器1被控對象比較元件執行元件放大元件指令元件29控制系統組成：被控對象指令元件比較元件反饋傳感器動力元件（閥、缸）UiEUP指令指令Xi液壓動力元件液壓動力元件放大元件30電動工作臺位置控制系統電動工作臺位置控制系統傳感器1被控對象比較元件執行元件放大元件指令元件31電動力元件電動力元件UiEUP指令指令Xi電機電機控制系統組成：被控對象指令元件

23、比較元件反饋傳感器動力元件（可控硅、電機）將液壓動力元件（伺將液壓動力元件（伺服閥、缸）換成電動服閥、缸）換成電動力元件（可控硅與電力元件（可控硅與電動機）動機）32液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 基本結基本結構形式構形式33LcvqLpKxKqLqvcLqK xK p111121()ppipepedxV dpqACppC pdtdt122Lqqq一、基本方程：一、基本方程：(一一) 滑閥的流量方程滑閥的流量方程定義負載流量：定義負載流量：(二二) 液壓缸流量連續性方程液壓缸流量連續性方程進油腔流量：進油腔流量：液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系

24、統建模：四通閥控制液壓缸 34222121()ppipepedxV dpqACppC pdtdt101ppVVA x202ppVVA x12121212120102()()22122pepLpipppeedxCqqqACppppdtA xdpdpdpdpVVdtdtdtdt回油腔流量：回油腔流量：液壓缸工作腔的容積：液壓缸工作腔的容積：綜合以上各式得液壓缸流量連續性方程：綜合以上各式得液壓缸流量連續性方程：液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 35根據：V01 = V02 = V0 = Vt /2同時：4ptLLptpLedxVdpqAC pdtdt22pppL

25、tppLd xdxA pmBKxFdtdt1200ppdpdpA xVdtdt，則液壓缸流量連續性方程簡化為：則液壓缸流量連續性方程簡化為：(三三) 液壓缸和負載的力平衡方程：液壓缸和負載的力平衡方程：液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 36LqvcLQK XK P4tLpptpLLeVQA sXC PsP2pLtppppLA Pm s XB sXKXF二、方框圖與傳遞函數：二、方框圖與傳遞函數：根據閥控液壓缸的基本方程進行拉氏變換得：根據閥控液壓缸的基本方程進行拉氏變換得：根據閥控液壓缸的拉氏變換方程式繪出系統方框圖。根據閥控液壓缸的拉氏變換方程式繪出系統方

26、框圖。37由方框圖求得液壓缸輸出位移傳遞函數：232222222141444qcetvLppecepptpcetttcetceeppeppeppKKVXs FAAKXB VB KmVm KKVKKsssAAAAAA 式中，分子的第一項是液壓缸活塞的空載速度。第二項是外負載力作式中，分子的第一項是液壓缸活塞的空載速度。第二項是外負載力作用引起的速度降低。其分母特征多項式各項意義如下：用引起的速度降低。其分母特征多項式各項意義如下：第一項：第一項： 是慣性力變化引起的壓縮流量所產生的活塞速度；是慣性力變化引起的壓縮流量所產生的活塞速度；第二項：第二項： 是慣性力引起的泄漏流量所產生的活塞速度；是慣

27、性力引起的泄漏流量所產生的活塞速度；324ttpepmVs XA22tceppm Ks XA液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 38第三項：第三項： 是粘性力變化引起的壓縮流量產生是粘性力變化引起的壓縮流量產生 的活塞速度；的活塞速度；第四項是活塞運動速度；第四項是活塞運動速度；第五項：第五項： 是粘性力引起的泄漏流量所產生的活是粘性力引起的泄漏流量所產生的活 塞速度；塞速度；第六項：第六項： 是彈性力變化引起的壓縮流量所產生是彈性力變化引起的壓縮流量所產生 的活塞速度；的活塞速度；第七項：第七項： 是彈性力引起的泄漏流量所產生的活是彈性力引起的泄漏流量所產生

28、的活 塞速度。塞速度。224ptpepB Vs XA2pceppB KsXA24tpepKVsXA2ceppKKXA液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 39三、傳遞函數簡化（一）、無彈性負載：2222214144qcetvLppeceppttttceeppepKKVXs FAAKXB VmVm KsssAAA簡化為：2221421qcetvLppecephhhKKVXs FAAKXsss液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 40液壓固有頻率：液壓阻尼比：24ephttAmV4pceetthptpetBKmVAVAm忽略Bp后近似

29、為：ceethptKmAV22hcthpK mA液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 41對指令輸入Xv的傳遞函數：對指令輸入FL的傳遞函數：2221qppvhhhKXAXsss2221421cetppeceLhhhKVsXAKFsss液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 42（二）、有彈性負載：簡化為：23222222141444qcetvLppeceppttttcetceeppepeppKKVXs FAAKXB VmVm KKVKKsssAAAAA22221421qcetvLppecephcehhhpKKVXs FAAKXsK

30、K KssKA液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 43綜合固有頻率：綜合阻尼比：忽略Bp后近似為：ceethptKmAV22hcthpK mA1ohhKK1421peceoothtBKVK Km液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 44標準傳遞函數形式：或進一步簡化為：22114211psptvLeceporooK AVXs FKKKXsss22221421qcetvLppecepcehphhKKVXs FAAKXK KsssA液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 45(三) 其它簡化形式：2111qqpppvcetpKKXAAXsK msssA211qpqppcevcerhpKA KXAK KsXKK KsKAqppvKXAXs液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸液壓控制系統建模：四通閥控制液壓缸 46四、頻率響應分析（一）、無彈性負載系統頻率分析：v (1)速度放大系數 由于傳遞函數中包含一個積分環節、所以在穩態