伺服控制1章

1、1,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,本章主要內容為 ：,第一章 緒論,2,結束The End,3,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,,4,,,,,

2、,,,,,,,,,,,密閉容器,,主動柱塞,,從動柱塞,,流體介質,,,,負載 F2,,面積 A2,面積 A1,,壓力 p,,主動力 F1,5,,,,,,,,,,,,,,密閉容器,,主動柱塞,,從動柱塞,,流體介質,,負載 F2,,面積 A2,面積 A1,,壓力 p,,主動力 F1,,,,v1,v2,,Q,,,6,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

3、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。,,7,課程內容,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,,8,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,,9,1.1 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,10,1)采用電壓比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng),11,控制框圖,控制系統(tǒng)組成：被控對象指令元件比較

4、元件指令傳感器反饋傳感器動力元件（閥、缸）,,12,2)采用電壓比較的電動工作臺位置控制系統(tǒng),,13,,電動力元件,控制框圖,指令電位器,,反饋電位器,,,,,電放大Ka,E,,,,Ui,E,-,,電壓比較,,UP,,,,,,,Ka,工作臺,,,電機,控制系統(tǒng)組成：被控對象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動力元件（可控硅、電機）,將液壓動力元件（伺服閥、缸）換成電動力元件（可控硅與電動機）,14,3)采用力

5、比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng),F1=Xi*K1,F2=Xp*K2,15,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。,,,液壓缸,1K1+K2,,,DF,-,,力比較,Ka,工作臺,,16,4)采用直接位置比較的液壓工作臺位置控制系統(tǒng),,,Xi=X芯,Xp=X套,,,17,,,控制框圖,采用閥芯閥套直較方式,,,液壓缸,,,Xv,-,,位置比較,Ka,工作臺,X芯,,,X套,伺服閥,,,18,,,,,,,

6、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ps,,p0,,p,1,,p,2,,A,,q,,q,,閥芯,,,輸入,,x,輸出 y,,,力矩馬達,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,c,,,,PLC,位移傳感器,,,,,,,,,,A-D/D-A轉換,,工作臺,,恒壓力油源,放大電路,,,,,,,,,負載,,,測量桿,,計算機,,,液壓控制部分,,電子部分,5)

7、 計算機控制電液位置控制系統(tǒng),19,計算機控制電液位置控制系統(tǒng)原理框圖,20,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,XP,,,,,,,,,Xi,,,,,,升力,阻力,6) 飛機舵機機液控制系統(tǒng),pS,,,,,,,飛機舵機,指令位移,,,,,,,,,舵機位移,,XP,XV,,21,,-,,杠桿比較,XP,XV,,,,,,X1,X2,22,23,,放大元件,,,,,7) 電液仿形控制系

8、統(tǒng),,,24,液壓缸及負載,,閉環(huán)控制系統(tǒng)由開環(huán)控制（動力）和負反饋裝置兩部分組成； 負反饋裝置由比較元件、測量反饋元件、調節(jié)器構成； 開環(huán)控制部分由放大元件（電液伺服閥）、能量轉換元件（缸）、負載構成； 指令元件通過閉環(huán)系統(tǒng)控制被控對象，使被控位移y2跟蹤指令位移y1 。,,,放大器,,被控制對象,,,傳感2（物理量轉換）,,,,y1,E,U2,-,y2,電液仿形控制系統(tǒng)原理框圖,,擾 動,,比較,指令元件,其

9、余部分為負反饋裝置,電液伺服閥,,液壓能源,（伺放）,傳感1,,U1,I,,25,二、液壓伺服控制系統(tǒng)的組成,輸入元件反饋測量元件比較元件放大轉換元件執(zhí)行元件控制對象校正裝置液壓能源裝置,,26,1.2 液壓伺服控制的分類,一、按輸入信號分類： 1 定值控制系統(tǒng)：其本任務是抗干擾性 2 程序控制系統(tǒng)：按給定規(guī)律變化 3 伺服控制系統(tǒng)：隨動（穩(wěn)定、準確、快速）,二、按被

10、控物理量分類： 1 位置控制系統(tǒng)； 2 速度控制系統(tǒng)； 3 力控制系統(tǒng)：驅動力控制系統(tǒng)、負載力控制系統(tǒng) 4 加速度控制系統(tǒng) 5 壓力控制系統(tǒng),27,三、按液壓動力元件的控制方式或液壓控制元件的形式分類： 1)節(jié)流式（閥控式）控制系統(tǒng) 閥控液壓缸系統(tǒng)、閥控液壓馬達系統(tǒng) 恒壓伺服系統(tǒng)、恒流伺服系

11、統(tǒng)（結構簡單、價廉、效率 高但閥的線性度差，用于系統(tǒng)性能要求不高的場合） 優(yōu)點：響應速度快、控制精度高、結構簡單 缺點：效率低 2)容積式（變量泵控制或變量馬達控制）控制系統(tǒng) 伺服變量泵系統(tǒng)、伺服變量馬達系統(tǒng) 優(yōu)點：效率高 缺點：響應速度較慢、結構復雜，操縱變量機構需要單

12、 獨的能源,28,四、按控策略分類： 一般控制系統(tǒng)、串級控制系統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)等。五、按信號傳遞介質的形式分類： 1)機械-液壓 控制系統(tǒng) 優(yōu)點：結構簡單、工作可靠、維護簡便 缺點：校正、增益調整不方便，摩擦間隙 應用：響應和精度要求不是很高的位置控制系統(tǒng) 2)電氣-液壓控制系統(tǒng) 優(yōu)點

13、：綜合電氣與液壓的優(yōu)點：對信號的測量、校正、放大比較方便，且響應速度快，抗負載剛度大 3)氣動-液壓控制系統(tǒng)。 偏差信號的檢測和初始放大均采用氣動元件完成 優(yōu)點：氣動測量靈敏度高、工作可靠、可在惡劣的環(huán)境中工作、結構簡單 缺點：需要氣源等附屬設備此外還有模擬控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)之分 。,,29,一、液壓伺服控制的優(yōu)點,轉動： 電機：同功率時慣性大----

14、響應慢； 液壓馬達：同功率時慣性小----響應快。,直線運動： 電傳動：齒輪+齒條+電機----慢、難； 液壓缸驅動：----快、易。,30,設有一充滿流體的密閉容腔, 其內流體容積 V =1L, 其內壓力p =10MPa, 設將其內的能量在時間間隔 t = 0.1Sec內釋放出來我們可計算出此間的平均功率N為:,1)適應于功率大的場合,31,2)適應于要求剛度大、響應快的場合,設有一液柱

15、如圖 所示，其液柱剛度 K 和液柱的固有頻率ω可由下兩式計算：,通常, 液體的體積模量E=2.1×109Pa, 當A= 3.85×10-3m2，V=3.85×10-4m3，M=20kg時, 液柱剛度 K 和液柱固有頻率ω分別為,試將此頻率與交流電的頻率比一比 !,32,3)液壓伺服系統(tǒng)抗負載的剛度大,1）液壓剛度高，允許較大的開環(huán)放大系數(shù)，故高精度，高響應。 2）油液的可壓縮性很小

16、，泄露也很小，故速度剛度大，組成閉環(huán)時位置剛度也大?？刹捎瞄_環(huán)控制 電動機的位置剛度接近于零，只能采用閉環(huán)控制。 氣動系統(tǒng)由于氣體可壓縮性的影響，其剛度只有液壓系統(tǒng)1/400。,33,4)適應于要求自動化程度高, 要求控制精度高的場合,流體傳動及控制由于其控制部分直接采用電控件，易于電控及計算機控制、可柔性大；由于系統(tǒng)剛度高，又可引入閉環(huán)控制元件，易于達到高精度的控制。 在大型設備、自動化程度高的設備，

17、一方面要求功率大，另一方面要求精度高，由于現(xiàn)代化要求生產速度快、生產程序靈活，因此，機-電-液一體化系統(tǒng)變成為了首選。 在軍工設備方面上也是如此。,可實現(xiàn)無人化工作，控制精度可達0.1μm以上,34,5)其它優(yōu)點,潤滑性好，壽命長 調速范圍寬，低速穩(wěn)定性好 能量存儲較方便（蓄能器） 過載保護容易 易冷卻,35,二、液壓伺服控制的缺點,,1) 元件制造精度高, 通常機械精度

18、為微米級, 故對顆粒雜質的過濾要求高, 這一點今天在技術上已不存在任何困難，但系統(tǒng)造價高； 2) 綜合學科多, 因而技術含量高, 維護困難； 3) 易污染環(huán)境； 4) 易因堵塞造成故障； 5) 系統(tǒng)性能受油溫變化的影響（油液的體積彈性模量）； 6) 液壓能源的獲得和遠距離傳輸都不如電氣系統(tǒng)方便。,36,1.4 液壓伺服控制的發(fā)展和應用,流體