伺服控制5章

1、1,電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件。 電液伺服閥是液壓控制系統(tǒng)的核心元件。 電液伺服閥控制精度高，響應(yīng)速度快。 根據(jù)輸出液壓信號(hào)的不同，電液伺服閥分為電液流量控制伺服閥和電液壓力控制伺服閥,電液伺服閥概述,2,5.1 電液伺服閥的組成及分類,電液伺服閥 = 力矩馬達(dá)（或力馬達(dá)）+液壓放大器+反饋機(jī)構(gòu)

2、 （或平衡機(jī)構(gòu)）,力矩馬達(dá)（或力馬達(dá)）：將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為力矩或力,液壓放大器：控制流向液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量或壓力,閥流量較大時(shí)，采用兩級(jí)或三級(jí)電液伺服閥的形式。包括液壓前置級(jí)和功率級(jí),液壓前置級(jí)：?jiǎn)危p）噴嘴擋板閥、滑閥、射流管閥、射流元件,功率級(jí)：滑閥,一、電液伺服閥的組成,3,反饋機(jī)構(gòu)（或平衡機(jī)構(gòu)）：使伺服閥的輸出壓力或流量與輸入

3、 電氣控制信號(hào)成比例，使伺服閥本身 成為閉環(huán)系統(tǒng),平衡機(jī)構(gòu)：用于單級(jí)伺服閥和兩級(jí)彈簧對(duì)中式伺服閥，通常為 各種彈性元件，為一力-位移轉(zhuǎn)換元件,4,單級(jí)伺服閥：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、輸出流量小、穩(wěn)定性差,二、電液伺服閥的分類,1、按放

4、大器的級(jí)數(shù)分： 單級(jí)、兩級(jí)和三級(jí),兩級(jí)伺服閥：最常用,三級(jí)伺服閥：兩級(jí)伺服閥+功率滑閥，電反饋，流量大于 200L/min,5,,,,,,,,,,,pS,pS,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,,pL, QL,1—信號(hào)線; 2—永磁體; 3—線圈; 4—銜鐵; 5—彈簧管; 6—噴嘴; 7—擋板; 8—反饋彈簧桿; 9—閥芯; 10—固定阻尼孔; 11—過(guò)濾器; 12—閥體,,力反饋兩級(jí)電液伺服

5、閥結(jié)構(gòu)原理圖,6,動(dòng)圈式直接位置反饋伺服閥,7,噴嘴擋板閥：?jiǎn)螄娮焯匦圆缓煤苌儆?，多為雙噴嘴優(yōu)點(diǎn)：壓力靈敏度高、線性好、零漂小、需輸入功率小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快缺點(diǎn)：對(duì)油液清潔度要求高,射流管閥：優(yōu)點(diǎn)：抗污染能力強(qiáng)、壓力效率和容積效率高，使功率級(jí)滑閥具有 “失效對(duì)中”能力缺點(diǎn)：特性不易預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、低溫特性差,2、按第一級(jí)閥（放大器）的結(jié)構(gòu)形式分： 滑閥、單（雙）噴嘴擋板閥、射流管閥、偏轉(zhuǎn)板射流閥

6、,滑閥：優(yōu)點(diǎn)：流量增益和壓力增益高，對(duì)油液清潔度要求低缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜、閥芯受力大、閥分辨率低、滯環(huán)大、響應(yīng)慢,8,位置反饋、負(fù)載流量反饋?流量控制伺服閥：輸出流量與輸入電流成正比 負(fù)載壓力反饋?壓力控制伺服閥：輸出壓力與輸入電流成正比,3、按反饋形式分：位置反饋、負(fù)載流量反饋、負(fù)載壓力反饋,滑閥位置反饋的兩級(jí)伺服閥：最常用。根據(jù)功率級(jí)滑閥位移反饋到放大器的形式可分為： 位置力反

7、饋、直接位置反饋、機(jī)械位置反饋、位置電反饋、彈簧對(duì)中式,機(jī)械位置反饋：機(jī)械結(jié)構(gòu)位置電反饋：位移傳感器彈簧對(duì)中式：彈簧力與液壓控制力平衡：開(kāi)環(huán)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度低,9,第五章 電液伺服閥,5.1 電液伺服閥的組成及分類5.2 力矩馬達(dá)5.3 力反饋兩級(jí)電液伺服閥5.4 直接反饋兩級(jí)滑閥式電液伺服閥5.5 其它型式的電液伺服閥簡(jiǎn)介5.6 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),10,電氣-

8、機(jī)械轉(zhuǎn)換器 利用電磁原理工作,5.2 力矩馬達(dá),一、力矩馬達(dá)的分類及要求（一） 分類1）可動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式：直線位移式（力馬達(dá)）、角位移式（力矩馬達(dá)）2）可動(dòng)件結(jié)構(gòu)形式：動(dòng)鐵式（銜鐵）、動(dòng)圈式（控制線圈）3）極化磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式：非激磁式（控制線圈差動(dòng)連接）、固定電流激磁（激磁線圈，大的極化磁通，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大）、永磁式（永久磁鐵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、獲得的極化磁通?。?11,（二）對(duì)力矩馬達(dá)的要求1）產(chǎn)生足夠

9、的力或行程，體積小、重量輕2）動(dòng)態(tài)性能好、響應(yīng)速度快3）直線性好、死區(qū)小、靈敏度高、磁滯小4）特殊情況下，要求抗振、抗沖擊、不受環(huán)境溫度和壓力影響,12,二、永磁動(dòng)鐵式力矩馬達(dá),（一）力矩馬達(dá)工作原理,圖6.1 永磁動(dòng)鐵式力矩馬達(dá) 1——直流電放大器， 2——導(dǎo)磁體， 3——銜鐵， 4——永久磁鐵,13,由于這種力矩馬達(dá)采用永久磁鐵以產(chǎn)生固定磁通Φg，故稱永磁式。,由于力矩馬達(dá)中有極化磁場(chǎng)與控制線圈所產(chǎn)生的

10、控制磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生輸出力矩，故稱極化式。,由于有銜鐵擺動(dòng)以產(chǎn)生輸出位移，故也叫動(dòng)鐵式。,14,常見(jiàn)的是銜鐵支承在彈簧管上。,圖6.2用彈簧管支承銜鐵的力矩馬達(dá)1——彈簧管，2——液壓放大元件,彈簧管是用彈性材料做成的薄壁圓管，一端緊固在銜鐵中部，另一端固定在下一級(jí)液壓放大元件上。,15,圖6.2用彈簧管支承銜鐵的力矩馬達(dá)1——彈簧管，2——液壓放大元件,在零位時(shí)，銜鐵正好處于四個(gè)氣隙的中間位置，彈簧管也正好在正中零位。當(dāng)輸入?i

11、而產(chǎn)生電磁力矩后，電磁力矩使銜鐵偏轉(zhuǎn)，彈簧管也受力歪斜變形，作用在銜鐵上的電磁力矩與彈簧管變形時(shí)的彈性力矩平衡，也就是電磁力矩Td通過(guò)彈簧管彎曲變形而轉(zhuǎn)化為銜鐵的角位移。,16,由于力矩馬達(dá)直接控制液壓放大元件，所以在結(jié)構(gòu)安裝上，力矩馬達(dá)必須與液壓放大元件緊連在一起而形成一個(gè)整體。,液壓放大元件中充滿著油液，因彈簧管與液壓放大元件間有密封圈隔開(kāi)，與銜鐵也是，緊密固接的，這樣，液壓放大元件中的油液就不會(huì)滲漏到力矩馬達(dá)中去。力矩馬達(dá)不是浸泡

12、在油液中的，故稱干式。,力矩馬達(dá)浸泡在油液中的就叫濕式。因?yàn)橛鸵褐胁豢杀苊獾貛в辛慵p時(shí)所產(chǎn)生的金屬微粒，這些鐵磁性雜質(zhì)吸附在力矩馬達(dá)的磁極——?dú)庀吨袝r(shí)，必矩馬將不能正常工作，因此，現(xiàn)在的力矩馬達(dá)多用干式。,17,當(dāng)直流放大器的輸入端有信號(hào)電壓Ug后，將使一個(gè)線圈中的電流增加而另一個(gè)線圈中的電流減少。兩個(gè)線圈中的電流i1及i2為,i1= I0+i2 i2= I0－i2?i= i1－i2=2i=ic,（二）力矩馬達(dá)的電

13、磁力矩,設(shè)力矩馬達(dá)的兩個(gè)控制線圈由一個(gè)推挽放大器供電。,直流放大器的電源為Eb，它可在兩個(gè)控制線圈中建立空載電流I0。由于兩個(gè)控制線圈的接線方式保證了I0在兩個(gè)線圈中的流向相反，因此由I0所產(chǎn)生的磁通恰好相互抵消，才不會(huì)產(chǎn)生電磁力矩。,通常，I0=?i/2,18,19,由控制磁通和極化磁通相互作用在銜鐵上產(chǎn)生的電磁力矩為：,中位電磁力矩系數(shù)：,中位磁彈簧剛度：,20,當(dāng)有輸入電流?i之后，即產(chǎn)生電磁力矩Td以驅(qū)動(dòng)銜鐵轉(zhuǎn)動(dòng)而有角位移?;又

14、進(jìn)一步使Td增大，Td之增加又更加驅(qū)使銜鐵轉(zhuǎn)動(dòng)。,這樣，銜鐵是不能工作的，只要銜鐵略為偏離中位，那怕沒(méi)有輸入電流，銜鐵也會(huì)受電磁力矩之作用而偏轉(zhuǎn)。越偏轉(zhuǎn)則力矩越大，力矩越大則越偏轉(zhuǎn)，直到銜鐵碰上導(dǎo)磁體為止。,為了使銜鐵有確定的偏轉(zhuǎn)角，就必須另設(shè)一個(gè)機(jī)械彈簧與銜鐵連接在一起。銜鐵偏轉(zhuǎn)?后產(chǎn)生一個(gè)與?成正比的機(jī)械彈簧力矩與電磁力矩平衡，這時(shí)銜鐵才能停留在確定的角位移?處，磁彈簧的作用與機(jī)械彈簧相反，所以可以說(shuō)它是一個(gè)負(fù)彈簧。,21,銜鐵磁通

15、：,22,三、永磁 動(dòng)圈式力馬達(dá),動(dòng)圈式力矩(力)馬達(dá):即載流線圈是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的。,23,工作原理： 在內(nèi)外導(dǎo)磁體所組成的環(huán)狀工作氣隙中安置可動(dòng)控制線圈4，線圈安裝在骨架5上，骨架與下一級(jí)液壓放大元件的閥芯7相連。永久磁鐵在氣隙中產(chǎn)生固定磁場(chǎng)，當(dāng)控制線圈中通以控制電流后就是載流線圈了。載流線圈在磁場(chǎng)中受力而運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)閥芯一起運(yùn)動(dòng)?？蓜?dòng)線圈在固定磁場(chǎng)中所受電磁力的大小和方向決定于線圈中控制電流的大小

16、和方向。電磁力又通過(guò)對(duì)中彈簧6轉(zhuǎn)換為動(dòng)圈的位移量，這就是力馬達(dá)的輸出位移。,24,載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受電磁力的方程為,電磁力系數(shù)：,磁感應(yīng)強(qiáng)度：,力馬達(dá)的電磁力與控制電流成正比，具有線性特性。在動(dòng)圈式力馬達(dá)的力方程中沒(méi)有磁彈簧剛度，即：,這是因?yàn)樗诠ぷ髦袣庀稕](méi)有變化，即氣隙的磁阻不變。,25,1）動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)因磁滯影響輸出位移滯后比較大。2）動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)的線性范圍比較窄，工作行程小。3）同慣性下，動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)的輸出力矩大，銜

17、鐵組件的固有頻率高。4）同功率下，動(dòng)鐵式體積小。5）減小工作氣隙長(zhǎng)度可提高靈敏度，但動(dòng)圈式受動(dòng)圈尺寸限制，動(dòng)鐵式受靜不定的限制。 動(dòng)鐵式：頻率高、體積小、重量輕 動(dòng)圈式：尺寸要求不嚴(yán)格、頻率要求不高、價(jià)格低,四、動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)與動(dòng)圈式力馬達(dá)的比較,26,第五章 電液伺服閥,5.1 電液伺服閥的組成及分類5.2 力矩馬達(dá)5.3 力反饋兩級(jí)電液伺服閥5.4 直接反饋兩級(jí)

18、滑閥式電液伺服閥5.5 其它型式的電液伺服閥簡(jiǎn)介5.6 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),27,,一、工作原理,力反饋兩級(jí)伺服閥是目前廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)形式。 第一級(jí)液壓放大器：雙噴嘴擋板閥 第二級(jí)液壓放大器：四通滑閥 滑閥位移力反饋：閥芯位移通過(guò)反饋桿與銜鐵擋板組件相連,

19、力反饋——反饋彈簧桿將主閥芯的位移轉(zhuǎn)化為力矩，并作用于擋板和銜鐵，使銜鐵轉(zhuǎn)角減少 實(shí)質(zhì)：主閥芯的位置反饋。 負(fù)載壓差一定時(shí)，閥的輸出流量與控制電流成比例，所以是流量控制伺服閥。 由于擋板和銜鐵均在中位附近工作，所以線性好。對(duì)力矩馬達(dá)的線性要求也不高，可允許滑閥有較大的工作行程。,28,,,,,,,,,,,pS,pS,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,

20、,pL, QL,1—信號(hào)線; 2—永磁體; 3—線圈; 4—銜鐵; 5—彈簧管; 6—噴嘴; 7—擋板; 8—反饋彈簧桿; 9—閥芯; 10—固定阻尼孔; 11—過(guò)濾器; 12—閥體,,圖 力反饋兩級(jí)電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖,29,力反饋——反饋彈簧桿動(dòng)作示意圖,30,力反饋——反饋彈簧桿動(dòng)作示意圖,31,二、基本方程及方塊圖 （一）力矩馬達(dá)運(yùn)動(dòng)方程,電動(dòng)態(tài)過(guò)程：電路基本電壓方程機(jī)械動(dòng)態(tài)過(guò)程：銜鐵擋板組件運(yùn)動(dòng)方程,1、基本電

21、壓方程,每個(gè)線圈回路的電壓平衡方程為：,因此，,表明：經(jīng)放大器放大后的電壓分為兩部分 1）消耗在線圈電阻和放大器內(nèi)阻 2）克服銜鐵磁通變化在控制線圈中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì),32,拉式變換后：,每個(gè)線圈的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)：,每個(gè)線圈的自感系數(shù)：,總控制電壓 = 電阻上電壓降 + 銜鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)線圈內(nèi)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì) + 線圈內(nèi)電流變化引起

22、的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（互感和自感）,寫成電流變化的表達(dá)式：,控制線圈回路的轉(zhuǎn)折頻率：,33,2、銜鐵擋板組件的運(yùn)動(dòng)方程,力矩馬達(dá)輸出的電磁力矩：,電磁力矩作用下，銜鐵擋板組件的運(yùn)動(dòng)方程：,噴嘴對(duì)擋板的液流力產(chǎn)生的負(fù)載力矩：（靜壓力矩+動(dòng)量變化產(chǎn)生的液動(dòng)力矩）,反饋桿變形對(duì)銜鐵擋板組件產(chǎn)生的負(fù)載力矩：,將各相關(guān)式代入，并拉式變換：,力矩馬達(dá)總剛度（綜合剛度）和凈剛度：,寫成轉(zhuǎn)角的表達(dá)式：,,,,,,,34,（二）擋板位移與銜鐵轉(zhuǎn)角的關(guān)系,（三）

23、噴嘴擋板至滑閥的傳遞函數(shù),忽略閥芯移動(dòng)受到的粘性阻尼力、穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力、反饋桿彈簧力，擋板位移到滑閥位移的傳遞函數(shù)為：,（四）閥控液壓缸的傳遞函數(shù),噴嘴擋板閥的負(fù)載壓力<——滑閥受力（慣性力+穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力（<——滑閥輸出的負(fù)載壓力（與液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)有關(guān)））+…）,簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只考慮慣性元件，則閥芯位移到液壓缸位移的傳遞函數(shù)為：,35,（五）作用在擋板上的壓力反饋,忽略閥芯移動(dòng)受到的粘性阻尼力、反饋桿彈簧力，只考慮閥芯的慣性力和穩(wěn)

24、態(tài)液動(dòng)力,,,,,,線性化增量方程的拉氏變換為：,滑閥負(fù)載壓力：,36,三、力反饋伺服閥的穩(wěn)定性分析,主回路：滑閥位移力反饋次回路：作用在擋板上的壓力反饋回路,,37,（一）力反饋回路穩(wěn)定性分析,力反饋回路 = 力矩馬達(dá) + 滑閥,1、求出力矩馬達(dá)小閉環(huán)的傳遞函數(shù),避免放大器對(duì)閥的影響，采用電流負(fù)反饋形式，使控制線圈的轉(zhuǎn)折頻率很高，且力矩馬達(dá)小閉環(huán)的傳遞函數(shù)為：,銜鐵擋板組件的固有頻率：,機(jī)械阻尼和電磁阻尼產(chǎn)生的阻尼比：,38,,,,

25、,,（二）壓力反饋回路穩(wěn)定性分析 由滑閥位移和執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載變化引起 反映了伺服閥各級(jí)動(dòng)態(tài)的影響——〉越小越好 回路的開(kāi)環(huán)增益在任何情況下都應(yīng)小于1，即近似于開(kāi)環(huán)不起作用,,較小,,,,,,,最大增益為,39,,,,,,確?；芈返姆€(wěn)定性，且回路的影響可不計(jì)，需滿足：,,,,,,,,,,,,,,最大增益為,,反饋通道傳遞函數(shù)：,40,,,,,四、力反饋伺服閥的傳遞函數(shù),,,,,,,,,,,,

26、,伺服閥增益,伺服閥流量增益,41,,,,,,伺服閥的二階近似傳遞函數(shù),,,,,,,,,,,,,取相位滯后 ：,阻尼比可有兩種方法求得 ：,1）根據(jù)二階環(huán)節(jié)的相頻特性公式2）將相頻特性曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較,伺服閥的一階近似傳遞函數(shù),42,,,五、力反饋伺服閥的頻寬,,,,,,,,,,,43,,,五、力反饋伺服閥的頻寬,,,,,,,,,,,44,,,,,,,,,,,,,,,提高伺服閥頻寬的方法： 1）Kan=0

27、 2) 提高r/(r+b)的比值； 3) 增大噴嘴直徑；（受泄漏流量和力矩馬達(dá)功率的限制） 4) 減小滑閥直徑；（受閥的額定流量和閥芯最大行程限制） 5) 提高Kvf （受力反饋回路穩(wěn)定性的限制）力矩馬達(dá)固有頻率是回路中最低的轉(zhuǎn)折頻率，在大流量伺服閥中尤為突出,,,,,,,,,,,,,45,,,,,六、力反饋伺服閥的靜態(tài)特性,,,,,,,,,,,,閥芯位移到輸出流量是開(kāi)環(huán)控制，精確性要靠滑閥加

28、工精度保證,,,,,,,,,,,,,46,,,,,,七、力反饋伺服閥的設(shè)計(jì)計(jì)算,,,,,,,,,,,,給定：流量、壓力、動(dòng)態(tài)響應(yīng)設(shè)計(jì)：滑閥（閥芯行程、閥芯直徑、閥桿直徑、開(kāi)口形式）、噴嘴擋板閥（噴嘴孔直徑、固定節(jié)流口直徑、節(jié)流孔直徑）、力矩馬達(dá)（反饋桿剛度、力矩系數(shù)、極化磁通、磁彈簧剛度、彈簧管剛度）經(jīng)驗(yàn)參數(shù)參考同類產(chǎn)品,,,,,,,,,,,,,,,,,,,額定供油壓力：額定流量（最大空載流量）：額定電流（最大差動(dòng)電流）

29、：第一級(jí)泄漏量：伺服閥頻寬：,,,47,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（一）滑閥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定,,,,,,驗(yàn)算流量飽和情況，滿足要求,根據(jù)額定流量求開(kāi)口面積（閥芯行程、閥芯直徑、閥桿直徑、開(kāi)口形式）,不能采用全周開(kāi)口,48,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（二）噴嘴擋板閥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定,,,,1）根據(jù)泄漏流量以及頻寬要求驗(yàn)算擋板的工作范圍2）根據(jù)過(guò)濾精度、泄露量確定流量

30、增益3）根據(jù)流量增益確定：噴嘴孔直徑、固定節(jié)流孔直徑4）根據(jù)背壓確定：節(jié)流孔直徑,49,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,滿足要求,,,,,,,,,回油溢流腔保持一定壓力，可改善擋板間的工作條件，穩(wěn)定流量系數(shù)，利于抑制伺服閥零漂、使工作平穩(wěn),50,,,,,,,,,,,,,,,,,,（三）力矩馬達(dá)設(shè)計(jì)計(jì)算1）根據(jù)伺服閥的頻寬要求確定力矩馬達(dá)固有頻率,2）計(jì)算反饋桿剛度

31、,51,,,,,,,,,,,,,,3）計(jì)算力矩馬達(dá)力矩系數(shù),,,,52,,,,,,,,,,,,,,,,,,4）計(jì)算極化磁通和磁彈簧剛度,符合要求,53,,,,,,,,,,,,5）計(jì)算彈簧管剛度,,,54,第五章 電液伺服閥,5.1 電液伺服閥的組成及分類5.2 力矩馬達(dá)5.3 力反饋兩級(jí)電液伺服閥5.4 直接反饋兩級(jí)滑閥式電液伺服閥5.5 其它型式的電液伺服閥簡(jiǎn)介5.6 電液伺服閥

32、的特性及主要的性能指標(biāo),,－、結(jié)構(gòu)及工作原理,組成： 動(dòng)圈式力馬達(dá) + 兩極滑閥式電液伺服閥（帶兩個(gè)固定節(jié)流孔的四通閥（雙邊滑閥）+ 零開(kāi)口四邊滑閥）特點(diǎn)： 功率級(jí)閥芯是前置級(jí)閥套 采用閥芯、閥套直接比較法,,二、動(dòng)圈式兩級(jí)滑閥伺服閥的方塊圖,1）控制線圈電壓平衡方程,,2）線圈組件力平衡方程,,,動(dòng)圈式兩級(jí)滑閥伺服閥的傳遞函數(shù)方塊圖,,,動(dòng)鐵式力反饋兩級(jí)噴嘴擋板式電液伺服閥的

33、傳遞函數(shù)方塊圖,,三、動(dòng)圈式兩級(jí)滑閥伺服閥的傳遞函數(shù),,,1） 較高，可忽略2）在穩(wěn)定的前提下，可提高3）一級(jí)閥為滑閥，其流量增益比噴嘴擋板閥大得多，因此 較大4）伺服閥頻寬主要由力馬達(dá)的固有頻率 決定5）由于力馬達(dá)動(dòng)圈組件（包括一級(jí)閥閥芯）質(zhì)量比較大，而對(duì)中彈簧剛度又較低，因此固有頻率較低，一般為30~70Hz,60,第五章 電液伺服閥,5.1 電液伺服閥的組成及分類5.2

34、力矩馬達(dá)5.3 力反饋兩級(jí)電液伺服閥5.4 直接反饋兩級(jí)滑閥式電液伺服閥5.5 其它型式的電液伺服閥簡(jiǎn)介5.6 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),61,一、彈簧對(duì)中式兩級(jí)電液伺服閥,結(jié)構(gòu)： 第一級(jí)：雙噴嘴擋板閥 第二級(jí)：滑閥+對(duì)中彈簧工作原理： 對(duì)中彈簧力與噴嘴擋板閥輸出的液壓力相平衡，輸出相應(yīng)的閥芯位移特點(diǎn)： 1）開(kāi)環(huán)控制，性能

35、受外界影響（溫度、壓力、閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)） 2）銜鐵及擋板的位移都較大，對(duì)力矩馬達(dá)的線性要求較高 3）對(duì)中彈簧應(yīng)體積小、剛度大、抗疲勞好，故制造困難 4）對(duì)中彈簧易有制造和安裝誤差，故對(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 5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，適用于一般的、性能要求不高的電液伺服系統(tǒng)。,62,力反饋兩級(jí)電液伺服閥,63,二、射流管式兩級(jí)電液伺服閥,結(jié)構(gòu)： 第一級(jí)：射流管

36、+彈簧板+反饋彈簧絲 第二級(jí)：滑閥工作原理： 通過(guò)反饋彈簧絲構(gòu)成對(duì)力矩馬達(dá)的力反饋特點(diǎn)： 1）抗污染能力強(qiáng) 2）動(dòng)態(tài)相應(yīng)較慢，特性不易預(yù)測(cè) 3）力矩馬達(dá)結(jié)構(gòu)及工藝復(fù)雜 4）細(xì)長(zhǎng)的射流管及柔性供壓管易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)諧振,64,三、偏轉(zhuǎn)板射流式兩級(jí)電液伺服閥,結(jié)構(gòu)： 第一級(jí)：力矩馬達(dá)+偏轉(zhuǎn)板射流放大器（射流盤+偏轉(zhuǎn)板） 第二級(jí)：滑閥工作原理： 滑閥位移

37、通過(guò)反饋桿產(chǎn)生機(jī)械力矩反饋到力矩馬達(dá)銜鐵組件特點(diǎn)： 1）抗污染能力強(qiáng) 2）特性不易預(yù)測(cè) 3）可動(dòng)的偏轉(zhuǎn)板重量輕，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快些 4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠,65,四、壓力-流量伺服閥,工作原理： 滑閥輸出的壓力經(jīng)反饋通道引入滑閥兩端的彈簧腔（通過(guò)反饋噴嘴到擋板，通過(guò)壓力傳感器到伺服放大器）——〉負(fù)載壓力負(fù)反饋 在位置反饋伺服閥的基礎(chǔ)上引入負(fù)載壓力負(fù)反饋特點(diǎn)：

38、1）流量-壓力系數(shù)大 2）增加了系統(tǒng)的阻尼，降低了系統(tǒng)的靜剛度，剛性差 3）通常用在負(fù)載慣性大，外負(fù)載力小或帶諧振負(fù)載的伺服系統(tǒng),負(fù)載壓力增大，輸出流量減小閥開(kāi)口量減小，輸出流量進(jìn)一步減小負(fù)載流量曲線的斜率比流量伺服閥的大,66,,,,,,,,,壓力流量控制電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖,,,,,pS,T,,,,,,,,,,,,,,,,p2,p1,QL,,x,pS’,,,,,TORQUE MATOR,p2,p1,,,

39、,,,,67,五、動(dòng)壓反饋伺服閥,工作原理： 由彈簧活塞和液阻（固定節(jié)流孔）組成壓力微分網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)： 1）增加系統(tǒng)阻尼，不降低系統(tǒng)靜剛度 2）動(dòng)態(tài)時(shí)：壓力-流量伺服閥；穩(wěn)態(tài)時(shí)：流量伺服閥 3）適用于大慣量負(fù)載的伺服系統(tǒng),68,,,,,,,,,,圖 動(dòng)態(tài) 壓力反饋電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖,,,,,pS,T,,,,,,,,,,,,,,,,,p2,p1,QL,x,pS’,,,,TORQUE M

40、ATOR,pc2,pc1,,,,,,,69,六、電液壓力伺服閥,工作原理： 1）將流量壓力伺服閥滑閥兩端的對(duì)中彈簧去掉，得到閥芯力平衡式壓力控制伺服閥 2）滑閥輸出壓力通過(guò)噴嘴反饋到擋板上，與負(fù)載壓力成比例的反饋力矩等于力矩馬達(dá)輸入電流產(chǎn)生的電磁力矩特點(diǎn)： 1）閥芯力平衡式的力矩馬達(dá)及擋板工作范圍大，對(duì)力矩馬達(dá)線性要求高。壓力反饋有固定的線性增益（閥芯大小凸肩面積之比） 2）反饋噴嘴

41、式的力矩馬達(dá)及擋板在零位附近工作，線性好，但不是嚴(yán)格的線性。閥的壓力特性線性度稍差,反饋噴嘴式壓力伺服閥,70,,,,,,,,,圖 閥芯力平衡式壓力伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖,,,,,pS,T,,,,,,,,,,,,,,,,p2,p1,QL,,x,pS’,,,,,TORQUE MATOR,p2,p1,,,,,,,71,六、電液壓力伺服閥,負(fù)載流量大，液動(dòng)力大，輸出壓力小——〉壓力-流量曲線略微傾斜,72,第五章 電液伺服閥,5.1 電

42、液伺服閥的組成及分類5.2 力矩馬達(dá)5.3 力反饋兩級(jí)電液伺服閥5.4 直接反饋兩級(jí)滑閥式電液伺服閥5.5 其它型式的電液伺服閥簡(jiǎn)介5.6 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),73,（一）負(fù)載流量特性（壓力-流量特性）,一、靜態(tài)特性,為產(chǎn)生額定流量對(duì)線圈任一極性所規(guī)定的輸入電流（不含零偏電流），單位為A 額定電流與線圈的連接方式有關(guān)：串聯(lián)、并聯(lián)、差動(dòng),1.額定電流In,包括負(fù)載流量

43、特性、空載流量特性、壓力特性、內(nèi)泄漏特性,零位附近難測(cè)確定伺服閥的類型，估計(jì)伺服閥的規(guī)格負(fù)載（壓力/流量）匹配的基礎(chǔ),74,3.額定流量qn,在規(guī)定的閥壓降下，對(duì)應(yīng)于額定電流的負(fù)載流量，單位m3/s。說(shuō)明： 1）通常，在空載條件下規(guī)定伺服閥的額定流量 國(guó)外，額定流量指負(fù)載壓降為7MPa及額定電流下，伺服閥的輸出流量。 2）負(fù)載壓降為2/3供油壓力時(shí)規(guī)定的額定流量對(duì)應(yīng)伺服

44、閥的最大功率輸出點(diǎn) 3）額定流量的允差一般為±10%。額定流量表征伺服閥的規(guī)格和容量。,2.額定壓力pn,額定工作條件時(shí)的供油壓力，單位Pa,75,（二）空載流量特性,空載流量曲線（簡(jiǎn)稱流量曲線）是輸出流量與輸入電流呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線。試驗(yàn)時(shí)要求：1）給定伺服閥壓降2）負(fù)載壓降為零3）閥的動(dòng)態(tài)特性不受影響,流量曲線中點(diǎn)的軌跡稱為名義流量曲線。（零滯環(huán)流量曲線）,（1）流量增益,流量曲線上某點(diǎn)或某段的斜

45、率就是閥在該點(diǎn)或該段的流量增益，單位為(m3/s)/A。 名義流量增益線：從名義流量曲線的零流量點(diǎn)向兩極各作一條與名義流量曲線偏差為最小的直線 名義流量增益：兩個(gè)極性的名義流量增益線斜率的平均值,額定流量與額定電流之比稱額定流量增益。,如果零位時(shí)滑閥有正重疊現(xiàn)象，則零位工作區(qū)的流量增益要低于名義流量增益。反之，如果零位時(shí)有正開(kāi)口，則零位流量增益將大于名義流量增益。,76,流量特性曲線,名義流

46、量增益、線性度 、對(duì)稱度,77,流量滯環(huán)、名義流量曲線、零偏,名義流量增益、線性度,78,名義流量曲線的直線性。（名義流量曲線與名義流量增益曲線最大偏差電流 / 額定電流）線性度通常小于7.5%,（2）線性度,兩個(gè)極性名義流量增益的一致程度，通常小于10%（差值 / 最大者）,（3）對(duì)稱度,產(chǎn)生相同輸出流量的往返輸入電流的最大差值與額定電流的百分比，通常小于5%原因： 1）力矩馬達(dá)磁路的磁滯（輸入信號(hào)小，磁滯回環(huán)?。?；

47、 2）伺服閥中的游隙（機(jī)械固定處的滑動(dòng)，閥芯與閥套的摩擦力，油的清潔度）,（4）滯環(huán),79,（5） 分辨率,使輸出流量發(fā)生變化所需的輸入電流的最小變化值與額定電流之百分比。（通常為從輸出流量的增加狀態(tài)回復(fù)到輸出流量減小狀態(tài)）,1）一般小于1%。 2）主要由于靜摩擦力引起,1）零位：空載流量為零的幾何零位2）經(jīng)常工作在零位附近，零區(qū)特性很重要3）兩極名義流量曲線近似直線部分的延長(zhǎng)線與零流量線相交的總間隔與額定電流的百分

48、比。（零重疊、正重疊、負(fù)重疊）,（6）重疊,80,（7） 零偏,使閥處于零位所需的輸入電流值（不計(jì)滯環(huán)影響）與額定電流的百分比。 通常小于3%,1）輸出流量為零（兩個(gè)油口關(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2）壓力增益：負(fù)載壓力對(duì)輸入電流的變化率，單位Pa/A， 通常規(guī)定為在最大負(fù)載壓降的?40%之間，負(fù)載壓降對(duì)輸入電流曲線的平均斜率3）壓力增益指標(biāo)：輸入1%的額定電流時(shí)，負(fù)載壓降應(yīng)超過(guò)30%的額定工作壓力,（

49、三）壓力特性,1）負(fù)載流量為零時(shí)，從回油口流出的總流量，m3/s。通常不超過(guò)額定流量的10%2）內(nèi)泄漏量隨輸入電流變化，零位時(shí)，內(nèi)泄漏流量最大。3）兩級(jí)閥：前置級(jí)泄漏流量 + 功率級(jí)泄漏流量 流量-壓力系數(shù) = 功率級(jí)零位泄漏流量 / 供油壓力4）該指標(biāo)可衡量新閥的制造質(zhì)量，反映舊閥的磨損情況,（四）內(nèi)泄漏特性,81,壓力特性曲線,內(nèi)泄漏特性曲線,82,83,（五）零漂,工作條件或環(huán)境變化所導(dǎo)致的零偏變化，以其與額定

50、電流的百分比表示。,（1）供油壓力零漂：供油壓力在70%~100%額定供油壓力的范圍內(nèi)變化時(shí)，零漂應(yīng)小于2%。,（2）回油壓力零漂：回油壓力在額定壓力的20%范圍內(nèi)變化時(shí)，零漂應(yīng)小于2%。,（3）溫度零漂：工作油溫每變化40?C時(shí)，零漂應(yīng)小于2%。,（4）零值電流零漂：零值電流在0~100%額定電流范圍內(nèi)變化時(shí)，零漂應(yīng)小于2%。,（5）加速度零漂：伺服閥受到強(qiáng)烈振動(dòng)而產(chǎn)生加速度零漂。當(dāng)沖擊，振動(dòng)等的加速度在20g以內(nèi)時(shí)，每一加速度g所引

51、起的零漂應(yīng)小于0.2%。,84,1）通常用頻率響應(yīng)表示，也可用瞬態(tài)響應(yīng)2）輸入電流在某一范圍內(nèi)作等幅變頻正弦變化時(shí)，空載流量與輸入電流的復(fù)數(shù)比3）隨油溫、供油壓力、回油壓力及輸入電流幅值的變化而變化。推薦：輸入電流為額定電流的一半（?25%額定電流），初始頻率為5~10Hz。（幅頻寬：-3dB/70.7%，相頻寬：90?）4）頻寬過(guò)低會(huì)影響響應(yīng)速度，過(guò)高會(huì)使高頻干擾傳到負(fù)載上5）伺服閥的幅值比一般應(yīng)小于2dB,如果用大振幅輸入電

52、流測(cè)伺服閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，在高頻時(shí)受力矩馬達(dá)等元件的限制會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。,如果輸入電流的幅值過(guò)小，受伺服閥分辨率的影響會(huì)使波形畸變而使所測(cè)得的響應(yīng)特性失去意義。,二、動(dòng)態(tài)特性,85,,,90°,86,（一）線圈接法,（1）單線圈（R, I, P）：可減小電感的影響（2）雙線圈單獨(dú)：一個(gè)接入，一個(gè)用來(lái)調(diào)偏、接反饋或引入顫振信號(hào)（3）串聯(lián)（2R, I/2, P/2）：額定電流和電控功率小，但易受電源電壓變動(dòng)的影響（4）并聯(lián)（R/

53、2, I, P/2）：工作可靠性高，但易受電流電壓變動(dòng)的影響（5）差動(dòng)（I, P）：不易受電子放大器和電源電壓變動(dòng)的影響。,三、輸入特性,87,（二）顫振,（1）高頻低幅電信號(hào)（遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)信號(hào)頻率，諧振的激勵(lì)易引起疲勞損壞或元件飽和，幅值應(yīng)足以填滿游隙寬度（2.5µm左右），但不能太大，以免傳到負(fù)載）：正弦波、三角波、方波（效果同）（2）減小或消除伺服閥中由于干摩擦所產(chǎn)生的游隙（3）防止閥的堵塞（4）不能減小力矩馬達(dá)磁路