液壓伺服技術(shù)完美版解讀課件

液壓伺服系統(tǒng)

第1章緒論

1.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成1.1.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理在這種系統(tǒng)中，輸出量(位移、速度、力等)能夠自動(dòng)地、快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律。與此同時(shí)。還對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大，因此也是一個(gè)功率放大裝置。液壓泵是系統(tǒng)的能源，它以恒定的壓力向系統(tǒng)供油．供油壓力由溢流閥調(diào)定。液壓動(dòng)力元件由四邊滑閥和液壓缸組成?；y是轉(zhuǎn)換放大元件，它將輸入的機(jī)械信號(hào)(閥芯位移)轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)(流量、壓力)輸出，并加以功率放大。液壓缸是執(zhí)行元件，輸入是壓力油的流量，輸出是運(yùn)動(dòng)速度(或伙移)?；y閥體與液壓缸體剛性連結(jié)在一起，構(gòu)成反饋回路。因此，這是個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。液壓伺服系統(tǒng)

第1章緒論1.1液壓伺服控制系統(tǒng)

如圖是一個(gè)機(jī)液位置伺服系統(tǒng)的原理圖。液壓缸的運(yùn)動(dòng)（輸出量）自動(dòng)而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)了閥芯的運(yùn)動(dòng)（輸入量）變化規(guī)律。1.1.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理如圖是一個(gè)機(jī)液位置伺服系統(tǒng)的原理圖。液壓缸的運(yùn)動(dòng)（輸1.1.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理電液伺服系統(tǒng)：有電液伺服閥存在控制系統(tǒng)。閥控系統(tǒng)：系統(tǒng)主控流量和壓力元件是閥。泵控系統(tǒng)：系統(tǒng)主控流量和壓力元件是泵。恒壓源：系統(tǒng)能源裝置輸出壓力為恒值。恒流源：系統(tǒng)能源裝置輸出流量為恒值。

1.1.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理電液伺服系統(tǒng)：有電液伺1.1.2液壓伺服和比例控制系統(tǒng)的組成

輸入元件：也稱指令元件，給出輸入信號(hào)(指令信號(hào))加于系統(tǒng)的輸入端。如靠模、指令電位器或計(jì)算機(jī)等。反饋測量元件：測量系統(tǒng)的輸出并轉(zhuǎn)換為反饋信號(hào)。如各種傳感器。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)。多為減法器。放大轉(zhuǎn)換元件：將偏差信號(hào)故大、轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)。如機(jī)液伺服閥、電液伺服閥等。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)。如液壓缸和液壓馬達(dá)等。控制對(duì)象被控制的機(jī)器設(shè)備或物體，即負(fù)載。此外，還可能有各種校正裝只，以及不包含在控制回路內(nèi)的液壓能源裝置。1.1.2液壓伺服和比例控制系統(tǒng)的組成輸入元件：也稱指令1.2液壓伺服控制系統(tǒng)的分類

1、按輸入信號(hào)介質(zhì)分：有機(jī)液伺服系統(tǒng)、氣液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)等。2、按輸出物理量分：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。3、按控制元件分：有閥控系統(tǒng)和泵控系統(tǒng)兩類。1.2液壓伺服控制系統(tǒng)的分類1、按輸入信號(hào)介質(zhì)分：有1.3介紹液壓伺服控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

液壓伺服系統(tǒng)與電氣伺服系統(tǒng)相比有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)﹕（1）體積小﹐重量輕﹐慣性小﹐可靠性好﹐輸出功率大﹔（2）快速性好﹔（3）剛度大(即輸出位移受外負(fù)載影響小)﹐定位準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是加工難度高﹐抗污染能力差﹐維護(hù)不易﹐成本較高。1.3介紹液壓伺服控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓伺服系統(tǒng)與電氣習(xí)題和思考題1、閥控系統(tǒng)和泵控系統(tǒng)的基本工作原理是什么?它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

2、什么是恒壓系統(tǒng)？什么是恒流系統(tǒng)？各有什么特點(diǎn)？

3、機(jī)液伺服系統(tǒng)和電液伺服系統(tǒng)的組成有什么不同？

4、為什么液壓伺服控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度快、控制精度高？習(xí)題和思考題第2章液壓放大元件

2.1圓柱滑閥的結(jié)構(gòu)型式及分類

按滑閥零位時(shí)開口型式：負(fù)開口（正遮蓋或正重疊）、零開口（零遮蓋或零重疊）和正開口（負(fù)遮蓋或負(fù)重疊）。第2章液壓放大元件

2.1圓柱滑閥的結(jié)構(gòu)型式及分類

滑閥按工作邊數(shù)(起控制作用的閥口數(shù))可分為：單邊滑閥、雙邊滑閥和四邊滑閥。另外按進(jìn)、出閥的通道數(shù)：三通閥，四通閥，例如b為三通閥；按閥芯的凸肩數(shù)目劃分：a，b為兩凸肩閥，c為三凸肩閥滑閥按工作邊數(shù)(起控制作用的閥口數(shù))可分為：單邊滑閥液壓伺服技術(shù)完美版解讀課件2.2滑閥靜態(tài)持性的一般分析

一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式QL為負(fù)載流量；PL為負(fù)載壓降；Ps為供油壓力；Qs為供油流量;Po為回油壓力；xv為閥芯位移；U為開口量；2.2滑閥靜態(tài)持性的一般分析

一、滑閥壓力—流量方程的一般表

一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式以零開口為例U=0假設(shè)條件：1、液壓能源是理想的。對(duì)恒壓源供油壓力Ps為常數(shù);對(duì)恒流源供油流量Qs為常數(shù)。回油壓力Po為零，如果不為零，則把Ps看成供回油壓力差。2、忽略管道和閥腔內(nèi)的壓力損失。3、液體是不可壓縮的。4、閥各節(jié)流口的流量系數(shù)相等，即Cd1=Cd2=Cd3=Cd4=Cd則有：一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式以零開口為例U=0

一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式PL稱為負(fù)載壓力；QL稱為負(fù)載流量。在大多數(shù)情況下，閥的窗口都是匹配的和對(duì)稱的，則有:A1=A3；A2=A4；而且Q1=Q3；Q2=Q4；

一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式PL稱為負(fù)載壓力；QL一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式二、滑閥的靜態(tài)特性曲線1、流量特性曲線：是指負(fù)載壓降等于常數(shù)時(shí)，負(fù)載流量與閥的開度之間的關(guān)系，當(dāng)負(fù)載壓降PL=0時(shí)的流量特性稱為空載流量特性。二、滑閥的靜態(tài)特性曲線1、流量特性曲線：是指負(fù)載壓降等于常數(shù)二、滑閥的靜態(tài)特性曲線2.壓力特性曲線：是指負(fù)載流量等于常數(shù)時(shí)，負(fù)載壓降與閥的開度之間的關(guān)系，重要的是負(fù)載流量QL=0時(shí)的壓力特性，通常所講的壓力特性即指此而言。二、滑閥的靜態(tài)特性曲線2.壓力特性曲線：是指負(fù)載流量等于二、滑閥的靜態(tài)特性曲線3.壓力一流量特性曲線：是指閥的開度一定時(shí)，負(fù)載流量與負(fù)載壓力間的關(guān)系，壓力一流量特性曲線族。二、滑閥的靜態(tài)特性曲線3.壓力一流量特性曲線：是指閥的開度一三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)

閥的壓力一流量特性是非線性的。采用線性化理論對(duì)系統(tǒng)i行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，必須把這個(gè)方程線性化。在某點(diǎn)（PL0,XV0)附近展成臺(tái)勞級(jí)數(shù)，通常為零點(diǎn)。三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)閥的壓力一流量特性是非線三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)閥系數(shù)：1、流量增益Kq：它是流量曲線在某一點(diǎn)的切線斜率。流量增益表示負(fù)載壓降一定時(shí)，閥單位輸入位移所引起的負(fù)載流量變化大小。2、流量一壓力系數(shù)Kc：它是壓力一流量曲線的切線斜率冠以負(fù)號(hào)。流量一壓力系數(shù)表示閥開度一定時(shí)，負(fù)載壓降變化所引起的負(fù)載流量變化大小。3、壓力增益(壓力靈敏度)Kp：它是壓力特性曲線的切線斜率。三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)閥系數(shù)：三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)應(yīng)當(dāng)指出以下幾點(diǎn):(1)閥的三個(gè)系數(shù)是表征閥靜態(tài)特性的三個(gè)性能參數(shù)，這些系數(shù)在確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)特性時(shí)是非常重要的。流量增益直接影響系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，因而對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)特性和穩(wěn)態(tài)誤差有直接的影響。流量-壓力系數(shù)直接影響閥一液壓馬達(dá)組合的阻尼系數(shù)和速度剛性。壓力增益標(biāo)志著閥-液壓馬達(dá)組合起動(dòng)大慣量或大摩擦負(fù)載的能力，這個(gè)參數(shù)可達(dá)到很高數(shù)值，這正是伺服系統(tǒng)所希望的特性。(2)閥的系數(shù)的數(shù)位隨工作點(diǎn)的變化而變化。最重要的工作點(diǎn)是壓力一流量曲線的原點(diǎn)，因?yàn)橄到y(tǒng)(位置控制系統(tǒng))經(jīng)常在原點(diǎn)附近工作，而此處閥的流量增益最大，因而系統(tǒng)的增益最高，但流量一壓力系數(shù)最小，所以阻尼最低。因此，從穩(wěn)定性的觀點(diǎn)看，這一點(diǎn)是最關(guān)鍵的。

(3)線性化方程式的精確度和適用范圍與變量的變化范圍和閥特性的線性度有關(guān)。閥特性的線性度高，變量的變化范圍小，線性化的精確性就高，閥特性的線性度高，所允許的變量變化范圍就大。三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)應(yīng)當(dāng)指出以下幾點(diǎn):

2-3零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性一、理想零開口因邊滑閥的靜態(tài)特性理想滑閥是指徑向間隙為零、工作邊銳利的滑閥。理想滑閥的靜態(tài)特性可以不考慮徑向間隙和工作邊圓角的影響。1、理想零開口四邊滑閥的壓力一流量方程2-3零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性一、理想零開口因邊滑閥的靜態(tài)

理想零開口四邊滑閥當(dāng)閥芯離開中間位置時(shí)，只有兩個(gè)節(jié)流口通流，其余兩個(gè)節(jié)流口完全關(guān)閉。設(shè)定閥芯左移為正，Q1=Q3=0；Q1=Q3：當(dāng)閥芯右移時(shí)：理想零開口四邊滑閥當(dāng)閥芯離開中間位置時(shí)，只有零開口四邊滑閥的無量綱壓力一流量曲線

如圖所示。因?yàn)殚y窗孔是匹配和對(duì)稱的，所以壓力一流量曲線對(duì)稱于原點(diǎn)。圖中的Ⅰ，Ⅲ象限是馬達(dá)工況區(qū)，Ⅱ，Ⅳ、象限是泵工況區(qū)，只有在瞬態(tài)過程中才可能出現(xiàn)。例如xV突然減小，液壓缸對(duì)負(fù)載進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，負(fù)載壓力突然改變符號(hào)，但是由于液流和負(fù)載慣性的影響，在一定時(shí)間內(nèi)，負(fù)載和液流仍將保持原來的運(yùn)動(dòng)方向。零開口四邊滑閥的無量綱壓力一流量曲線如圖2、理想零開口四邊滑閥的閥系數(shù)流量增益為流量-壓力系數(shù)增益為壓力增益為零位閥系數(shù)（PL=0，xV=0）

理想零開口四邊滑閥的零位流量增益決定于供油壓力P.和面積梯度，在Ps為常數(shù)時(shí)，唯一的由面積梯度所決定，因此是閥的最重要的參數(shù)。Ps和面積梯度是很容易測量和控制的量，從而零位流量增益也就比較容易準(zhǔn)確計(jì)算和控制。試驗(yàn)也證明由式計(jì)算的值與實(shí)際零開口閥的試驗(yàn)值是相符的，故可以放心地使用。但Kp和Kc值和實(shí)際零開口閥的試驗(yàn)故相差很大，故需尋求其他計(jì)算方法2、理想零開口四邊滑閥的閥系數(shù)流量增益為流量-壓力系數(shù)增益為二、實(shí)際零開口四邊滑閥的零區(qū)特性

實(shí)際的與理想的零開口滑閥之間的差別就在于零位泄漏特性。理想的閥具有精確的幾何形狀，因而零位泄漏量為零，造成閥系數(shù)計(jì)算不準(zhǔn)確的結(jié)果。實(shí)際閥具有徑向間隙，往往還有小于0.025mm的正的或負(fù)的微小重疊量，這種閥的零位存在著泄漏量。這種泄漏特性決定了閥在零區(qū)的壓力一流量特性。在零區(qū)以外，由于徑向間隙等影響可以忽略，實(shí)際閥的特性和理想閥的特性是一致的。

實(shí)際閥的零區(qū)特性可以通過試驗(yàn)確定。將其負(fù)載通道關(guān)閉(QL=0)，在負(fù)載通道和供油口分別俊上壓力表，在回油口接流量計(jì)或量杯。在供油壓力Ps一定時(shí)，改變閥的開度XV，測出相應(yīng)的負(fù)載壓力PL.如果使閥處于幾何零位不動(dòng)，改變供油壓力Ps，可以測量相應(yīng)的零位泄漏流量。二、實(shí)際零開口四邊滑閥的零區(qū)特性實(shí)際的與理想的二、實(shí)際零開口四邊滑閥的零區(qū)特性

實(shí)際零開口四邊滑閥閥系數(shù)的近似計(jì)算J方法。對(duì)于間隙為b，周長為ω的環(huán)形銳邊節(jié)流孔來說，在層流狀態(tài)其流量可用下式計(jì)算：（在零位時(shí)各個(gè)節(jié)流口流量為總流量一半，壓降也為總壓力一半。）式說明，實(shí)際閥的KC0值與閥的面積沸度和徑向間隙有關(guān)，并且隨著其增加而增加。通?？扇=0.005mm作為典型值來估算。零位壓力增益主要取決于閥的徑向間隙道，而與閥的面積梯度無關(guān)。

為了對(duì)零位壓力增益有一個(gè)數(shù)量概念，我們作一個(gè)典型計(jì)算。取μ=1.4*10-6Pa.S,ρ=870Kg/m3，Cd=0.62,b=0.005mm則：當(dāng)Ps=70MPa時(shí)，Kpo=3.375*1011Pa/m，實(shí)踐證明，此數(shù)值很容易達(dá)到，但值得注意的是無論如何此閥系數(shù)不易取得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，且其變化較大是個(gè)“軟量”。二、實(shí)際零開口四邊滑閥的零區(qū)特性實(shí)際零開口四邊2-4、正開口四邊滑閥的靜態(tài)特性如圖當(dāng)閥在幾何零位時(shí)，四個(gè)節(jié)流窗口有相等的正開口U，并規(guī)定閥是在正開口范圍內(nèi)工作的，假定閥口是匹配且對(duì)稱的，則有：正開口四邊滑閥的零位系數(shù)為2-4、正開口四邊滑閥的靜態(tài)特性如圖當(dāng)閥在幾何零位時(shí)，四個(gè)2-4、正開口四邊滑閥的靜態(tài)特性關(guān)于零位閥系數(shù)的說明：1、正開口四邊閥的流量增益是理想零開口四邊滑閥的兩倍，這是因?yàn)樨?fù)載流量同時(shí)受兩個(gè)節(jié)流窗口的控制。2、正開口閥可以提高零位流量增益并改善壓力一流量曲線的線性度。3、流量-壓力系數(shù)取決于面積梯度。4、壓力增益與面積無關(guān)。5、這種閥由于零位泄漏流量比較大，所以不適合大功串控制的場合。3,4說明前面的分析的正確性。在零位附近，實(shí)際零開口閥很類似于正開口閥。2-4、正開口四邊滑閥的靜態(tài)特性關(guān)于零位閥系數(shù)的說明：2-5滑閥受力分析一、軸向液動(dòng)力：穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力（好力利于穩(wěn)定，但加重驅(qū)動(dòng)力）；瞬態(tài)液動(dòng)力（時(shí)好時(shí)壞）。二、閥芯與閥套間的摩擦力力三、滑閱的驅(qū)動(dòng)力2-5滑閥受力分析一、軸向液動(dòng)力：穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力（好力利于穩(wěn)定，2-6、滑閥的功率輸出及效率閥輸出或負(fù)載功率為：No=PL*QL閥的輸入功率為：Ni=Ps*Qs閥的效率為：η=PL*QL/Ps*Qs1、僅考慮閥：閥在最大開度和負(fù)載壓力為2/3Ps時(shí)，能夠輸出的最大功率，效率為66.7%2、若考慮閥的空載流量為定量泵額定流量，則閥在最大開度和負(fù)載壓力為2/3Ps時(shí)，能夠輸出的最大功率，效率為38%。3、若采用恒壓變量泵作為能源，泵的輸出流量正好滿足所要求的負(fù)載流量，系統(tǒng)的供油效率100%，則系統(tǒng)的效率就近似等子閥的效率。4、伺服系統(tǒng)中效率不是主要考慮的因素，更重要的是首先滿足系統(tǒng)的控制性能，如穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、精度等。5、在以后的設(shè)計(jì)中，我們還是經(jīng)常取，2/3Ps設(shè)計(jì)為負(fù)載壓力，因?yàn)榇藭r(shí)系統(tǒng)效率最閥的輸出功率最大。

2-6、滑閥的功率輸出及效率閥輸出或負(fù)載功率為：No=PL*2-7噴嘴擋板閥的分析與設(shè)計(jì)

噴嘴擋板閥有以下優(yōu)點(diǎn)，(1)結(jié)構(gòu)簡單，公差要求比較寬，故制造容易、價(jià)格低。(2)其壓力一流量特性曲線的線性度比較好，特性容易預(yù)測，對(duì)油液污染不太敏感，工作十分可靠。(3)運(yùn)動(dòng)部分(擋板):5慣}如位移量小，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度高，靈敏度高。(4)但存在泄漏損失，流量增益小。大多數(shù)兩級(jí)電液伺服閥的第一級(jí)都采用噴嘴擋板閥。2-7噴嘴擋板閥的分析與設(shè)計(jì)噴嘴擋板閥有以下優(yōu)點(diǎn)，2-7噴嘴擋板閥的分析

與滑閥相比，噴嘴擋板閥有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)簡單，公差要求比較寬，故制造容易、價(jià)格低。(2)其壓力一流量特性曲線的線性度比較好，特性容易預(yù)測，對(duì)油液污染不太敏感，工作十分可靠。(3)運(yùn)動(dòng)部分(擋板慣性小，位移量小，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度高，靈敏度高。但存在泄漏損失，流量增益小，因此這種閥在低功率系統(tǒng)中很受歡迎，大多數(shù)兩級(jí)電液伺服閥的第一級(jí)都采用噴嘴擋板閥。

雙噴嘴擋板閥的原理圖所示。它由固定節(jié)流孔、噴嘴及擋板組成。噴嘴與擋板間的環(huán)形面積構(gòu)成了可變節(jié)流口，用來控制固定節(jié)流孔與可變節(jié)流孔之間的壓力P1和P2，該壓力差P1-P2與負(fù)載腔相連，用來控制如液壓缸。當(dāng)上邊擋板與噴嘴端面之間的間隙減小時(shí)，由于可變液阻增大，使流量減小，在固定節(jié)流孔處的壓力P1增大；下邊擋板與噴嘴端面之間的間隙增大時(shí)，由于可變液阻減小，使流量增大，在固定節(jié)流孔處的壓力P2減小。因此控制壓力差增大，推動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。2-7噴嘴擋板閥的分析與滑閥相比，噴嘴擋板閥有以下2-8射流管閥滑噴嘴擋板閥特點(diǎn)：抗污染能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，要求加工精度低；缺點(diǎn)是慣性大，相應(yīng)速度慢，功耗大；用于小功率和低壓場合。2-8射流管閥滑噴嘴擋板閥特點(diǎn)：習(xí)題和思考題1、什么是理想滑閥?什么是實(shí)際滑閥。2、閥的靜態(tài)特性是什么？說明閥的三個(gè)系數(shù)的定義和它們對(duì)系統(tǒng)性能的影響。3、比較零開口閥、正開口閥的三個(gè)閥系數(shù)有什么異同?為什么?4、已知一正開量U=0.05mm的四通閥，在供油壓力Ps=7MPa下測得泄漏量為5L/min求閥的三個(gè)零位閥系數(shù)。

習(xí)題和思考題1、什么是理想滑閥?什么是實(shí)際滑閥。第三章液壓動(dòng)力元件

液壓動(dòng)力元件或稱液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)是由液壓放大元件和液壓執(zhí)行元件(包括負(fù)載)組成的。液壓放大元件可以是何服閥或伺服變量泵;液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)是掖壓馬達(dá)或液壓油缸?？山M成：閥控液壓馬達(dá)、閥控液壓缸、泵控液壓馬達(dá)和泵控液壓缸。前兩種動(dòng)力元件可以構(gòu)成閥控系統(tǒng)，后兩種動(dòng)力元件可構(gòu)成泵控制系統(tǒng)。在液壓伺服系統(tǒng)中，液壓動(dòng)力元件是一個(gè)關(guān)鍵性的部件，它直接影響到系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)。本章將建立兒種基本的液壓動(dòng)力元件的傳遞函數(shù)，分析它們的動(dòng)態(tài)特性和主要的性能參數(shù)，討論動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配，這些是分析和設(shè)計(jì)液壓伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)。第三章液壓動(dòng)力元件液壓動(dòng)力元件或稱液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)是由液3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件

假設(shè)：閥與馬達(dá)的連接管道對(duì)稱且短而粗，可以忽略管道內(nèi)的摩擦報(bào)失和管路動(dòng)態(tài)；在管道和馬達(dá)腔內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)飽和或空穴現(xiàn)象，在每個(gè)管道和馬達(dá)腔內(nèi)各點(diǎn)壓力相等，溫度和密度均為常數(shù);液壓馬達(dá)內(nèi)、外泄漏均為層流流動(dòng)。根據(jù)流量的連續(xù)性，可寫出每個(gè)馬達(dá)腔的連續(xù)性方程為：一、基本方程與方塊圖3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件假設(shè)：閥與馬3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件

假定閥為零開口四邊滑閥，四個(gè)節(jié)流窗口是匹配和對(duì)稱的，由于閥腔的容積很小，所以不考慮液體在閥腔里的壓縮性；閥具有理想的響應(yīng)能力，即閥芯位移和負(fù)載壓力變化立即引起流量的相應(yīng)變化，這個(gè)假定在幾百Hz的范圍內(nèi)是適用的。則：零開口四邊滑閥的線性化流量方程為：3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件假定閥為零開口3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件

上式是所有液壓執(zhí)行元件流量連續(xù)方程的基本形式。右邊第一頂是推動(dòng)液壓馬達(dá)運(yùn)動(dòng)所需的流量，第二項(xiàng)是泄漏流量，第三項(xiàng)是壓縮流量。由于液壓馬達(dá)所包含的總壓縮性容積比較大，同時(shí)負(fù)載壓力PL的變化率也比較大，所以通常都要考慮壓縮性流量的影響，動(dòng)態(tài)連續(xù)性方程與靜態(tài)連續(xù)性方程的差別也就在于此。3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件上式是所有液壓執(zhí)行3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件液壓馬達(dá)與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩平衡方程可寫為：做拉氏變換后：3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件液壓馬達(dá)與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩平衡3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件系統(tǒng)方塊圖：3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件系統(tǒng)方塊圖：3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件二、傳遞函數(shù)與傳遞函數(shù)的簡化

分子中的第一項(xiàng)可以看成是無負(fù)載時(shí)的速度，而第二項(xiàng)則是因負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用而造成的速度降低。分母中第一項(xiàng)表示慣性轉(zhuǎn)矩變化引起的壓縮性流量所產(chǎn)生的馬達(dá)速度變化，第二項(xiàng)表示慣性轉(zhuǎn)矩引起的泄漏流量所產(chǎn)生的馬達(dá)速度變化，第三項(xiàng)表示粘性轉(zhuǎn)矩變化引起的壓縮流量所產(chǎn)生的馬達(dá)速度變化，第四項(xiàng)發(fā)示馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度的變化，第五項(xiàng)表示表示粘性轉(zhuǎn)矩變化引起的泄漏流量所產(chǎn)生的馬達(dá)速度變化，第六項(xiàng)表示彈性轉(zhuǎn)矩變化引起的壓縮性流量所產(chǎn)生的馬達(dá)速度變化，第七項(xiàng)表示彈性轉(zhuǎn)矩引起的泄漏流量所產(chǎn)生的馬達(dá)速度變化。3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件二、傳遞函數(shù)與傳遞函數(shù)的3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)的簡化

在動(dòng)態(tài)方程式中，考慮了慣性負(fù)載、粘性摩擦負(fù)載、彈性負(fù)載以及油的壓縮性和液壓馬達(dá)的泄漏等影響因素，是一個(gè)十分通用的形式。實(shí)際系統(tǒng)的負(fù)載往往比較簡單，而且根據(jù)具體使用悄況有些影響因素可以忽略，這樣傳遞函數(shù)就可以大為簡化。沒有彈性負(fù)載G=0的情況：伺服系統(tǒng)的負(fù)載在很多情況下是以慣性負(fù)載為主，而沒有彈性負(fù)載或彈性負(fù)載很小可以忽略。在液壓馬達(dá)作執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)中，彈性負(fù)載更是少見。所以沒有彈性負(fù)載的情況是比較典型的，也是比較普遍的情況。另外，粘性摩擦系數(shù)Bm一般很小，可以忽略不計(jì)。3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)的簡化3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)的簡化3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)的簡化

在動(dòng)態(tài)方程式中，考慮了慣性負(fù)載、粘性摩擦負(fù)載、彈性負(fù)載以及油的壓縮性和液壓馬達(dá)的泄漏等影響因素，是一個(gè)十分通用的形式。實(shí)際系統(tǒng)的負(fù)載往往比較簡單，而且根據(jù)具體使用悄況有些影響因素可以忽略，這樣傳遞函數(shù)就可以大為簡化。有彈性負(fù)載G≠0的情況：在閥控液壓馬達(dá)中彈性負(fù)載雖然十分少見，但在閥控液壓缸中彈性負(fù)載還是比較常見的，例如在兩級(jí)液壓放大器中，當(dāng)功率級(jí)滑閥帶對(duì)中彈簧時(shí)，就屬于這種情況。另外，粘性摩擦系數(shù)Bm一般很小，可以忽略不計(jì)。3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)的簡化3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)的簡化3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)的簡化3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件簡化條件3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件簡化條件3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件三、動(dòng)態(tài)特性分析（一）沒有彈性負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)特性分析1.對(duì)給定輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性分析速度放大系數(shù)Kq/Dm：對(duì)慢輸入信號(hào)來說，液壓馬達(dá)的輸出速度與閥的輸入位移成比例，比例即為速度放大系數(shù)。它表示系統(tǒng)速度控制的靈敏度。此系數(shù)直接影響閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和靜態(tài)精度。提高此系數(shù)可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靜態(tài)精度，但使穩(wěn)定性變壞。因?yàn)橐簤厚R達(dá)排量Dm主要由系統(tǒng)的負(fù)載特性決定，所以速度放大系數(shù)主要由閥的流量增益Kq決定。隨工作點(diǎn)變化，在零位時(shí)Kq最大，隨負(fù)載增大減小。在計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)該采用空載流量增益。而在計(jì)算靜態(tài)特性時(shí)應(yīng)取最小流量增益。3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件三、動(dòng)態(tài)特性分析（一）沒3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件三、動(dòng)態(tài)特性分析（一）沒有彈性負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)特性分析1.對(duì)給定輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性分析液壓固有頻率ωn

液壓固有頻率是負(fù)載慣性與液壓馬達(dá)腔中油液壓縮性相互作用的結(jié)果。由于液體具有壓縮性，當(dāng)液壓馬達(dá)受外轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，馬達(dá)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)微小的角度θm，使一個(gè)腔的壓力升高，另一個(gè)腔壓力降低。

液壓固有頻率常常是系統(tǒng)中最低的頻率，其大小也就決定了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。影響液壓固有頻率的因素有:

負(fù)載慣量和管道中油液的慣量JL，但JL是由負(fù)載決定的，故減小JL

，是有限度的。可以在負(fù)載與液壓馬達(dá)之間采用適當(dāng)?shù)凝X輪減速裝置來減小負(fù)載慣量的影響?？傻霉艿乐幸后w質(zhì)量折算到液壓馬達(dá)處的等效慣量。管道中油液的慣量在管道比較細(xì)長時(shí)，這個(gè)等效慣量是相當(dāng)可觀的。3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件三、動(dòng)態(tài)特性分析（一）沒3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件三、動(dòng)態(tài)特性分析（一）沒有彈性負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)特性分析1.對(duì)給定輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性分析影響液壓固有頻率的因素有:

總壓縮容積Vt，為了提高ωn，應(yīng)盡量減小Vt，包括液壓馬達(dá)的工作容積、無效容積和連接管道容積。工作容積由液壓馬達(dá)排量決定，而馬達(dá)排量主要是由負(fù)載決定的，所以減小Vt，主要是減小液壓馬達(dá)的無效容積和連接管道的容積。使閥靠近液壓馬達(dá)，采用短而直的管道，也可以將閥和液壓馬達(dá)裝在一起，使價(jià)減到最低程度。

液壓馬達(dá)排量Dm。增大Dm可以提高ωn。但與Dm并不成比例關(guān)系，因?yàn)殡S著Dm增大，液壓馬達(dá)慣量和總壓縮容積也有所增大。另外，增大Dm還有以下缺點(diǎn)，為了滿足同樣的負(fù)載速度，需要的負(fù)載流量增大了，因而需要選用較大的閥、液壓能源裝置和連接管道，使動(dòng)力機(jī)構(gòu)本身的尺寸重量也隨之增大。

有效體積彈性模數(shù)βe。是最難確定的。受油液的壓縮性、管道及液壓馬達(dá)工作腔的柔性和油液中所含空氣的影響，其中以混入油中的空氣的影響最為嚴(yán)重。采用高壓系統(tǒng)是影響小。避免使用軟管。無空氣的油液，其體積彈性模數(shù)大約為1400--2000MPa，混入空氣是不可避免的。另外，還要考慮馬達(dá)腔和連接管道的結(jié)構(gòu)柔性的影響，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，取為700MPa。液壓固有頻率和速度放大系數(shù)是比較容易確定的量，其變化范圍也不大。3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件三、動(dòng)態(tài)特性分析（一）沒3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件三、動(dòng)態(tài)特性分析（一）沒有彈性負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)特性分析1.對(duì)給定輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性分析液壓阻尼比ζn:

此值幾乎是系統(tǒng)所有參數(shù)的函數(shù)。但其中除Kce和Bm外，其它參數(shù)是由別的因系確定的，通常負(fù)載阻尼系數(shù)Bm的影響很小。而液壓馬達(dá)的泄漏系數(shù)通常都比閥系數(shù)Kc小得多，所以ζn主要取決于Kc。此值隨工作點(diǎn)不同會(huì)有很大的變化在零位時(shí)最小，阻尼比最小。在計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)取零位時(shí)的Kc值，因?yàn)榇藭r(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性最差。計(jì)算得到的零位阻尼比是很小的，而實(shí)際測得的零位阻尼比總是比計(jì)算值大，至少為0.1—0.2，經(jīng)常還要更高一些，這是由于庫侖摩擦的影響所至。

綜上所述，液壓阻尼比隨工況變化會(huì)發(fā)生很大變化，在零位附近最小，在馬達(dá)速度和負(fù)載較大時(shí)可大于1，其變化范圍達(dá)20----30倍，是難以準(zhǔn)確確定量。

提高液莊阻尼比的方法有：

設(shè)置旁路泄漏通道以增加泄漏系數(shù)，其缺點(diǎn)是增大了功率損失，降低了系統(tǒng)的剛度，系統(tǒng)性能受溫度變化的影響也比較大。

采用正開口閥增大Kc。但也要使系統(tǒng)的剛度降低，而且零位泄漏量引起的功率損失比第一種辦法還要大，另外正開口閥還要帶來非線性增益、穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力變化等間題。用旁路泄漏比采用正開口閥要好些。

除了上述辦法外，還可以采用壓力反饋、動(dòng)壓反饋和加速度反饋等辦法來提高系統(tǒng)的阻尼

。液壓固有頻率和速度放大系數(shù)是比較容易確定的量，其變化范圍也不大。3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件三、動(dòng)態(tài)特性分析（一）沒3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件三、動(dòng)態(tài)特性分析(二)有彈性負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)特性分析液壓固有頻率和速度放大系數(shù)是比較容易確定的量，其變化范圍也不大。

在有彈性負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響較為復(fù)雜，這里僅給出結(jié)論：總流量一壓力系數(shù)Kce對(duì)開環(huán)增益和慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率都有影響，但對(duì)穿越頻率沒有影響。Kce值增加時(shí)，使開環(huán)增益降低，使轉(zhuǎn)折頻率增高，總之，在有彈性負(fù)載時(shí)，Kce變化不但要影響到頻率特性的高頻段，而且還要影響到低頻段，但對(duì)中頻段沒有影響。所以Kce變化只影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，而對(duì)動(dòng)態(tài)特性影響不大。3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件三、動(dòng)態(tài)特性分析(二)有3-2四通閥控制對(duì)稱液壓缸第三章液壓動(dòng)力元件基本方程做類似處理，的拉氏變化：3-2四通閥控制對(duì)稱液壓缸第三章液壓動(dòng)力元件基本方程做類似處3-2四通閥控制對(duì)稱液壓缸第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)（K=0）3-2四通閥控制對(duì)稱液壓缸第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)（K=03-2四通閥控制對(duì)稱液壓缸第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)（K≠0）四通閥控制對(duì)稱液壓缸與閥控馬達(dá)相比幾乎沒有形式的變化，不同的為：1、前者A為定值，而后者Dm有一定的變化。2、前者泄漏系數(shù)Kce為定值，后者有變化。另外還有三通閥控液壓缸和泵控馬達(dá)系統(tǒng)，見參考。方法類似。3-2四通閥控制對(duì)稱液壓缸第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)（K≠03-2四通閥控制對(duì)稱液壓缸第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)（K≠0）四通閥控制對(duì)稱液壓缸與閥控馬達(dá)相比幾乎沒有形式的變化，不同的為：1、前者A為定值，而后者Dm有一定的變化。2、前者泄漏系數(shù)Kce為定值，后者有變化。另外還有三通閥控液壓缸和泵控馬達(dá)系統(tǒng)，見參考。方法類似。3-2四通閥控制對(duì)稱液壓缸第三章液壓動(dòng)力元件傳遞函數(shù)（K≠03-3結(jié)構(gòu)柔度的影響第三章液壓動(dòng)力元件

理想狀態(tài)是液壓執(zhí)行元件與負(fù)載之間的機(jī)械連接完全是剛性的。實(shí)際上機(jī)械連接總有一定的彈性變形。在一般情況下，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)得比較充裕，彈性變形的影響可以忽略不計(jì)。這樣就可以把負(fù)載看成是集中參數(shù)表示的單彈簧一單質(zhì)量系統(tǒng)。但是在某些特殊情況下必須考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)柔度的影響，這時(shí)，負(fù)載為二自由度系統(tǒng);在更復(fù)雜的情況下，負(fù)載為幾個(gè)集中質(zhì)量以柔性結(jié)構(gòu)相連的多自由度系統(tǒng)。當(dāng)伺服系統(tǒng)對(duì)快速性要求較高時(shí)，負(fù)載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)諧振頻率可能在何服系統(tǒng)頻帶以內(nèi)，于是緒構(gòu)諧振頻率就左右了動(dòng)力機(jī)構(gòu)的動(dòng)特性，限制了系統(tǒng)的頻寬，這個(gè)問題在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮。在大型雷達(dá)天線、振動(dòng)臺(tái)、重型機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)等大慣量功率伺服系統(tǒng)中，都會(huì)遇到結(jié)構(gòu)諧振間題。3-3結(jié)構(gòu)柔度的影響第三章液壓動(dòng)力元件理想狀態(tài)是3-3結(jié)構(gòu)柔度的影響第三章液壓動(dòng)力元件一、液壓執(zhí)行元件與負(fù)載間的結(jié)構(gòu)柔度的影響3-3結(jié)構(gòu)柔度的影響第三章液壓動(dòng)力元件一、液壓執(zhí)行元件與負(fù)3-3結(jié)構(gòu)柔度的影響第三章液壓動(dòng)力元件一、液壓執(zhí)行元件與負(fù)載間的結(jié)構(gòu)柔度的影響

由上式可知，由于負(fù)載結(jié)構(gòu)柔度的影響，動(dòng)力機(jī)構(gòu)出現(xiàn)一個(gè)比液壓固有頻率和負(fù)載諧振頻率都低的綜合頻率。如果活塞與負(fù)載之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剛度很大，則動(dòng)力機(jī)構(gòu)的頻率就近似等于液壓固有頻率。隨著結(jié)構(gòu)剛度的降低動(dòng)力機(jī)構(gòu)的頻率也降低，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度遠(yuǎn)小于液壓彈簧剛度，動(dòng)力機(jī)溝的頻率就近似等于負(fù)載系統(tǒng)諧振頻率。在結(jié)構(gòu)剛度與液壓彈簧剛度接近時(shí)，結(jié)構(gòu)柔度的影響就不能忽略了。由式可見，由于結(jié)構(gòu)柔度的影響，動(dòng)力機(jī)構(gòu)的阻尼比降低了，結(jié)構(gòu)柔度越大，閥所能提供的阻尼也越小。因此結(jié)構(gòu)柔度的影響就經(jīng)常成一為整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)速度和精度主要限制因素。為了提高系統(tǒng)的性能，應(yīng)設(shè)法提高綜合綜諧振頻率和綜合阻尼比。減小結(jié)構(gòu)柔度影響的方法有:(1）采用半閉環(huán)系統(tǒng)，即反饋從活塞桿取出，構(gòu)成閉環(huán)位置系統(tǒng)。此時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性較好。(2）提高綜合諧振頻率。負(fù)載質(zhì)量由負(fù)載特性決定，所以要提高結(jié)構(gòu)剛度，在帶有傳動(dòng)鏈的負(fù)載系統(tǒng)中，對(duì)等效結(jié)構(gòu)剛度影響最大的是靠近負(fù)載處的結(jié)構(gòu)剛度。在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步提高液壓固有頻率。其方法是增大液壓執(zhí)行元件到負(fù)載的傳動(dòng)比。（3)提高綜合阻尼比：阻尼比主要由閥提供，可以采用增大Kce的辦法提高。常用的辦法是，在液壓缸兩腔之間連接一個(gè)機(jī)液瞬態(tài)壓力反饋網(wǎng)絡(luò)，或采用壓力反饋或動(dòng)壓反潰伺服閥。在系統(tǒng)內(nèi)附加電的壓力反饋力，微分負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)也可起到同樣的作用。3-3結(jié)構(gòu)柔度的影響第三章液壓動(dòng)力元件一、液壓執(zhí)行元件與負(fù)3-4液壓動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配第三章液壓動(dòng)力元件

根據(jù)負(fù)載力和負(fù)載運(yùn)動(dòng)速度來選擇液壓動(dòng)力元件的參數(shù)稱之為液壓動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配。一、負(fù)載特性：力及運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系。二、液壓執(zhí)行元件等效負(fù)載的計(jì)算：分析計(jì)算方便，需要將負(fù)載慣量、負(fù)載阻尼和負(fù)載剛度等折算到液壓執(zhí)行元件的輸出端。三、液壓動(dòng)力元件的輸出特性：流量和負(fù)載壓差的關(guān)系四、供油壓力的選擇：采用高壓系統(tǒng)的最主要優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。在條件允許的情況下，選用較低的工作壓力。因?yàn)檫@有利于延長元件和系統(tǒng)的壽命，有利于減小泄漏，使功率損失小溫升低，另外低壓系統(tǒng)容易維護(hù)，對(duì)油液的污染也不十分敏感。一般可選7MPa。五、伺服閥規(guī)格和執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺寸的確定：

1、按最大功率最佳匹配:如果動(dòng)力元件的輸出特性曲線不但包圍負(fù)軟軌跡，而且動(dòng)力元件的最大輸出功率點(diǎn)與負(fù)載的最大功率點(diǎn)相重疊，就認(rèn)為動(dòng)力元件與負(fù)載是最佳匹配。

3-4液壓動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配第三章液壓動(dòng)力元件根3-4液壓動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配第三章液壓動(dòng)力元件2.按最大負(fù)載力和負(fù)載速度匹配：兩項(xiàng)都要滿足，效率較低。3-4液壓動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配第三章液壓動(dòng)力元件2.按最大負(fù)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)

機(jī)液伺服系統(tǒng)主要是位置控制。因?yàn)闄C(jī)液伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡牟.、工作可靠、使用維護(hù)也比較容易，因此廣泛地用于飛機(jī)舵面操縱系統(tǒng)，汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置以及液壓仿形機(jī)床等。本章主要對(duì)機(jī)液位置伺服系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性進(jìn)行分析，通過分析找出系統(tǒng)參數(shù)和主要性能指標(biāo)間的關(guān)系，作為工程設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)。4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)機(jī)液伺服系統(tǒng)主要是位置控制4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)一、系統(tǒng)的組成及方塊圖4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)一、系統(tǒng)的組成及4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)一、系統(tǒng)的組成及方塊圖4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)一、系統(tǒng)的組成及4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)二、系統(tǒng)德定性分析1、開環(huán)傳遞函數(shù)與開環(huán)頻率特性4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)二、系統(tǒng)德定性分4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)二、系統(tǒng)德定性分析

2、系統(tǒng)的稚定條件

為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，速度放大系數(shù)受液壓固有頻率和阻尼比的限制。液壓阻尼比實(shí)測值通常在0.1—0.2左右，因此速度放大系數(shù)被限制在液壓固有頻率的0.2—0.4倍以下。穿越頻率ωc=KV愈大，系統(tǒng)頻帶愈寬，系統(tǒng)響應(yīng)也愈快。一般總是希望ωc大些，也就是KV大些。其穩(wěn)態(tài)速度誤差也小。系統(tǒng)不但要穩(wěn)定，而且要有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕量，這樣才能得到滿意的性能。通常相位裕量應(yīng)在40—60度之間，增益裕量Kg應(yīng)大于6dB。但機(jī)液伺服系統(tǒng)阻尼比較小，而相位裕量比較大，增益裕量比較難以保證，所以可根據(jù)增益裕量確定KV值。4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)二、系統(tǒng)德定性分4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)二、系統(tǒng)德定性分析

三、系統(tǒng)響應(yīng)特性分析1、系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)

未校正的機(jī)液伺服系統(tǒng)的ζn小，因受穩(wěn)定性限制Kv也比較小，符合上述條件的，故此近似關(guān)系在系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)時(shí)是很有用的，可以估算出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)二、系統(tǒng)德定性分4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)三、系統(tǒng)響應(yīng)特性分析2、系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)間響應(yīng)特性4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)三、系統(tǒng)響應(yīng)特4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)三、系統(tǒng)響應(yīng)特性分析2、系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)間響應(yīng)特性4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)三、系統(tǒng)響應(yīng)特4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)三、系統(tǒng)響應(yīng)特性分析3、系統(tǒng)對(duì)負(fù)載力干擾的響應(yīng)4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)三、系統(tǒng)響應(yīng)特4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)四、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析1、階躍位置輸入：因?yàn)橄到y(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)，跟蹤誤差為0.2、等速輸入：因?yàn)橄到y(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)，跟蹤誤差為有限值.1、加速度輸入：因?yàn)橄到y(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)，跟蹤誤差為∞.無論動(dòng)態(tài)性能還是穩(wěn)態(tài)性能，若要提高必須加校正，由于機(jī)液系統(tǒng)的本身的構(gòu)造很難實(shí)施校正。4-1機(jī)液位置伺服系統(tǒng)第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)四、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差4-2機(jī)液位置伺服系統(tǒng)實(shí)例第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)一、液壓轉(zhuǎn)矩放大器，由圖可知，在輸入軸轉(zhuǎn)過一定角度傳至四通滑閥，由于滑閥端部的螺桿與液壓馬達(dá)軸上的螺母相配合，引起閥芯軸向移動(dòng)，使閥芯與閥套間形成開口，壓力油經(jīng)閥口進(jìn)入液壓馬達(dá)，使之旋轉(zhuǎn)。液壓馬達(dá)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)又通過螺母使閥芯恢復(fù)原位，關(guān)閉開口，液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)輸入軸反向旋轉(zhuǎn)時(shí)液壓馬達(dá)也作反向運(yùn)動(dòng)。因此，濃壓馬達(dá)總是跟隨輸入軸運(yùn)動(dòng)。4-2機(jī)液位置伺服系統(tǒng)實(shí)例第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)一、液壓轉(zhuǎn)矩4-2機(jī)液位置伺服系統(tǒng)實(shí)例第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)二、車床仿形刀架由圖可知，在觸銷沿靠模面滑動(dòng)，而車刀不動(dòng)，就會(huì)驅(qū)動(dòng)伺服閥芯移動(dòng)，使得缸體移動(dòng)，跟隨傳觸銷運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將缸體的運(yùn)動(dòng)反饋給伺服閥芯。使閥芯恢復(fù)原位，關(guān)閉開口，缸體停止移動(dòng)。4-2機(jī)液位置伺服系統(tǒng)實(shí)例第四章機(jī)液伺服系統(tǒng)二、車床仿形液壓伺服系統(tǒng)實(shí)例1車床仿形刀架仿形刀架是由位置控制機(jī)構(gòu)（液壓伺服系統(tǒng)）驅(qū)動(dòng)，按照樣件(靠模)的輪廓形狀，對(duì)工件進(jìn)行仿形車削加工的裝置。用這種方法對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，可先用普通方法加工出一個(gè)樣件來，然后用這個(gè)樣件就可以復(fù)制出一批零件。液壓伺服系統(tǒng)實(shí)例1車床仿形刀架第五章電液伺服閥

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)⑿」β实碾娦盘?hào)輸入轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能(流量與壓力)輸出。在電液伺服系統(tǒng)中，將電氣部分與液壓部分逢接起來，實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大。5-1電液伺服閥的構(gòu)成及分類1、按液壓放大器級(jí)數(shù)可分為:單級(jí)、二級(jí)、三級(jí)電液何服閥。2、按第一級(jí)的結(jié)構(gòu)型式可分為:單噴嘴擋板閥、雙噴嘴擋板閥、滑閥、射流管閥和射流元件。3、按反饋形式可分為;滑閥位置反饋、負(fù)載流最反饋和負(fù)載壓力反饋。4、按力矩馬達(dá)的形式可分為:動(dòng)鐵式和動(dòng)圈式或干式和濕式。第五章電液伺服閥電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，5-2力矩馬達(dá)第五章電液伺服閥

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)，因此是一種電一機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置。它由永久磁鐵或激磁線圈產(chǎn)生固定磁場，電控制信號(hào)通過控制線圈產(chǎn)生兩個(gè)磁場相互作用產(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，從而使運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生直線位移或角位移。一、永磁動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)

動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)由永久磁鐵、導(dǎo)磁體、銜鐵、控制線圈和彈性扭軸等組成。銜鐵由扭軸支承在兩個(gè)導(dǎo)磁體的中間置，可繞扭軸作微小轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂凭€圈套在銜鐵上。無信號(hào)電流時(shí)，銜鐵在上下導(dǎo)磁體作用下在中問位置，力矩馬達(dá)無轉(zhuǎn)矩輸出。當(dāng)有信號(hào)電流時(shí)，兩個(gè)控制線圈產(chǎn)生控制磁力，其大小與方向由信號(hào)電流決定?？刂拼帕Ξa(chǎn)生電磁力矩，使銜鐵繞著扭軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)扭軸反轉(zhuǎn)矩、負(fù),.a}x轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，銜鐵停止轉(zhuǎn)動(dòng)。如果信號(hào)電流反向，則電磁轉(zhuǎn)矩也反向。5-2力矩馬達(dá)第五章電液伺服閥在電液伺服閥中5-2力矩馬達(dá)第五章電液伺服閥一、永磁動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)以電流作輸入時(shí)的傳遞函數(shù)：以電壓作輸入信號(hào)，力矩馬達(dá)傳遞函數(shù)與驅(qū)動(dòng)放大器的特性和線圈電感有關(guān)。為避免對(duì)放大器特性作詳細(xì)描述和消除線圈電感的影響，通常以電流作輸入來確定其性能。5-2力矩馬達(dá)第五章電液伺服閥一、永磁動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)5-2力矩馬達(dá)第五章電液伺服閥二、永滋動(dòng)圈式力馬達(dá)

力馬達(dá)的可動(dòng)線圈置于工作氣隙中，永久磁鐵在工作氣隙中形成固定磁通，當(dāng)線圈中有電流通過時(shí)，線圈就受到電磁力而運(yùn)動(dòng)，線圈運(yùn)動(dòng)方向取決于線圈上的電流方向。線圈所受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。動(dòng)鐵式馬達(dá)和動(dòng)圈式馬達(dá)比較:1)動(dòng)鐵式馬達(dá)其非線性嚴(yán)重，為了限制非線性，動(dòng)鐵式馬達(dá)銜鐵位移很小。2)動(dòng)鐵式馬達(dá)體積小、輸出轉(zhuǎn)矩大，工作行程小。3)動(dòng)鐵式馬達(dá)銜鐵慣量小、彈簧管剛度大，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。在相同功率條下，它的固有頻率大約是動(dòng)圈式的15倍。4)動(dòng)鐵式馬達(dá)價(jià)格高。5-2力矩馬達(dá)第五章電液伺服閥二、永滋動(dòng)圈式力馬達(dá)5-3力反饋二級(jí)電液伺服閥第五章電液伺服閥

伺服閥由永磁式力矩馬達(dá)，彈簧管、前置級(jí)雙噴嘴擋板閥，功率是四通滑閥、反饋桿組成。無信號(hào)電流時(shí)，銜鐵由彈簧管支承處于的中間位置，力矩馬達(dá)無力矩輸出。此時(shí)，擋板處于兩個(gè)噴嘴的中間位置，噴嘴擋板閥輸出的控制壓力P1p=P2p，滑閥在反饋桿小球的約束下也處于中間位置，閥無液壓信號(hào)輸出。若有信號(hào)電流時(shí)，力矩馬達(dá)有力矩輸出同時(shí)，使擋板偏移，噴嘴擋板的一個(gè)間隙減小而另一間隙增大，控制壓力P1p

≠P2p，推動(dòng)滑閥移動(dòng)。同時(shí)，使反饋桿產(chǎn)生彈性變形，對(duì)銜鐵擋板組件產(chǎn)生一個(gè)相反方向的反轉(zhuǎn)矩。當(dāng)作用在銜鐵擋板組件土的電磁轉(zhuǎn)矩，彈簧管反轉(zhuǎn)矩、反饋桿反力矩等諸力矩達(dá)到平衡時(shí)，滑閥停止運(yùn)動(dòng)，取得一個(gè)平衡位置，并有相應(yīng)的流量輸出。5-3力反饋二級(jí)電液伺服閥第五章電液伺服閥伺5-3力反饋二級(jí)電液伺服閥第五章電液伺服閥伺服閥的傳遞函數(shù)力反該伺服閥的靜態(tài)方程5-3力反饋二級(jí)電液伺服閥第五章電液伺服閥伺服閥的5-4其它反饋二級(jí)電液伺服閥第五章電液伺服閥一、直接反饋二級(jí)滑閥式電液伺服閥：

這種伺服閥由動(dòng)圈式力馬達(dá)和二級(jí)滑閥式液壓放大器組成。前置級(jí)是帶兩個(gè)固定節(jié)流孔的四通閥，功率級(jí)是零開口四通閥。功率級(jí)閥芯也是前置級(jí).閥套，構(gòu)成直接位置反饋。二、彈簧對(duì)中式二級(jí)伺服閥這種伺服閥力矩馬達(dá)、噴嘴擋板閥、滑閥式液壓放大器組成，功率級(jí)為滑閥，前置級(jí)是噴嘴擋板閥。滑閥設(shè)有對(duì)中彈簧，靠對(duì)中彈簧與前置級(jí)液壓放大器愉出壓差和平衡來實(shí)現(xiàn)閥芯定位。功率級(jí)滑閥位移與輸養(yǎng)電流成比例，因此也稱位置比例式。這種伺服閥是開環(huán)控制的。三、直接位置反饋式：這種伺服閥主滑閥直接跟隨第一級(jí)滑閥閥芯運(yùn)動(dòng)，兩者組成一個(gè)液壓跟隨器。這種反饋形式結(jié)構(gòu)簡單緊湊，如采用雙噴嘴擋板閥或射流管閥作前置級(jí)很容易構(gòu)成無接觸的反饋形式。另外還有：負(fù)載流量反饋伺服閥、動(dòng)壓反饋伺服閥、壓力控制伺服閱等5-4其它反饋二級(jí)電液伺服閥第五章電液伺服閥一、直接5-5電液伺服閥的實(shí)驗(yàn)特性和主要性能參數(shù)第五章電液伺服閥一、靜態(tài)特性1、負(fù)載流量特性(壓力一流量特性)

這些曲線主要還是用來確定伺服閥的類型和估計(jì)伺服閥的規(guī)格，以便與所要求的負(fù)載流量和負(fù)載壓力相匹配。5-5電液伺服閥的實(shí)驗(yàn)特性和主要性能參數(shù)第五章電液伺服5-5電液伺服閥的實(shí)驗(yàn)特性和主要性能參數(shù)第五章電液伺服閥一、靜態(tài)特性

2、空載流量特性簡稱流量曲線額定流量：通常，在空載條件下規(guī)定伺服閥的額定流。在流量曲線上對(duì)應(yīng)于額定電流的輸出流量就是額定流量。額定流量的公差一般規(guī)定為±10%石?？捎脕磉x擇伺服閥。流量增益：流量曲線上某點(diǎn)或某段的斜率就是閥在該點(diǎn)流量增益。伺服閥的額定流量與額定電流之比稱為額定流量增益。分辨率：為使伺服閥的輸出流量發(fā)生變化所需的輸入電流的最小變化值與額定電流的百分比，通常為小于1%。3、零區(qū)特性零位偏移(零偏)、零位漂移(零漂)、

5-5電液伺服閥的實(shí)驗(yàn)特性和主要性能參數(shù)第五章電液伺服5-5電液伺服閥的實(shí)驗(yàn)特性和主要性能參數(shù)第五章電液伺服閥二、動(dòng)態(tài)特性（頻率響應(yīng)）電液伺服閥的頻率響應(yīng)是輸入電流在作正弦變化時(shí)，空載流量與輸入電流的復(fù)數(shù)比。幅值比是某一特定頻率下的輸出流量幅值與輸入電流幅值之比，除以一指定低頻(輸入電流基準(zhǔn)頻率，通常為5或10Hz)下的輸出流量與同樣輸入電流幅值之比。5-5電液伺服閥的實(shí)驗(yàn)特性和主要性能參數(shù)第五章電液伺服5-5電液伺服閥的實(shí)驗(yàn)特性和主要性能參數(shù)第五章電液伺服閥三、輸入特性(電氣特性)1、額定電流：伺服閥的額定電流是為產(chǎn)生額定流量，線圈任一極性所規(guī)定的輸入電流，以A表示。伺服閥有兩個(gè)線圈，額定電流與線圈連接形式有關(guān)。2、線圈接法單線圈接法、雙線圈單獨(dú)接法，差動(dòng)接法，串聯(lián)接法，并聯(lián)接法各有千秋5-5電液伺服閥的實(shí)驗(yàn)特性和主要性能參數(shù)第五章電液伺服5-5電液伺服閥的實(shí)驗(yàn)特性和主要性能參數(shù)第五章電液伺服閥三、輸入特性(電氣特性)3、顫振

為了降低系統(tǒng)的分辨率，可以在伺服閥的輸入信號(hào)上疊加一個(gè)高頻低幅值的電信號(hào)。這可以減小或消除伺服閥中由于摩擦所產(chǎn)生的游隙，同時(shí)還可以防止閥的堵塞。5-5電液伺服閥的實(shí)驗(yàn)特性和主要性能參數(shù)第五章電液伺服第六章電液伺服系統(tǒng)

電液伺服系統(tǒng)是由電的信號(hào)處理部分與液壓的功率輸出部分組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于電檢測器的多樣性，因此可以組成許多物理最的閉環(huán)控制系統(tǒng)。最常見是電液位置伺服系統(tǒng)、電液速度控制系統(tǒng)和電液力或壓力控制系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)綜合了電和液壓兩方而的特點(diǎn)，具有控制精度高，響應(yīng)速度快、信號(hào)處理靈活、輸出功率大、結(jié)構(gòu)緊湊和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。6-1電液位置伺服系統(tǒng)的分析一、系統(tǒng)中的電氣元件1、位置傳感器對(duì)控制對(duì)象位置給出連續(xù)的信號(hào)：電位器，旋轉(zhuǎn)變壓器、位移傳感器等2、伺服放大器伺服放大器是驅(qū)動(dòng)電液伺服閥的功率放大器，應(yīng)滿足伺服閥特性的要求，一般采用電流負(fù)反饋伺服放大器。第六章電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)是由電的信號(hào)處第六章電液伺服系統(tǒng)6-1電液位置伺服系統(tǒng)的分析二、系統(tǒng)的基本方程及方塊圈自整角機(jī)接收器輸出電壓為與液壓動(dòng)力元件相比，相敏放大器的動(dòng)態(tài)特性可以忽略：

當(dāng)采用電流負(fù)反饋放大器放大器時(shí)，由于力矩馬達(dá)轉(zhuǎn)折頻率很高，可以忽略，伺服放大器輸出電流與輸入電壓近似成比例。其傳遞函數(shù)可用伺服放大增益表示：第六章電液伺服系統(tǒng)6-1電液位置伺服系統(tǒng)的分析二、系統(tǒng)第六章電液伺服系統(tǒng)6-1電液位置伺服系統(tǒng)的分析二、系統(tǒng)的基本方程及方塊圈

伺服閥究竟用什什么環(huán)節(jié)表示，要由系統(tǒng)的頻寬來決定。通常在濃壓固有頻率低于50Hz時(shí)，可用一階環(huán)節(jié)表示，即低于5Hz時(shí)，可用比例環(huán)節(jié)表示在沒有彈性負(fù)載和不考慮結(jié)構(gòu)柔度的影響時(shí)，閥控液壓馬達(dá)的動(dòng)態(tài)特性為：齒輪減速器的傳動(dòng)比為第六章電液伺服系統(tǒng)6-1電液位置伺服系統(tǒng)的分析二、系統(tǒng)第六章電液伺服系統(tǒng)6-1電液位置伺服系統(tǒng)的分析二、系統(tǒng)的基本方程及方塊圈第六章電液伺服系統(tǒng)6-1電液位置伺服系統(tǒng)的分析二、系統(tǒng)第六章電液伺服系統(tǒng)6-1電液位置伺服系統(tǒng)的分析三、系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)分析第六章電液伺服系統(tǒng)6-1電液位置伺服系統(tǒng)的分析三、系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)

第1章緒論

1.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成1.1.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理在這種系統(tǒng)中，輸出量(位移、速度、力等)能夠自動(dòng)地、快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律。與此同時(shí)。還對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大，因此也是一個(gè)功率放大裝置。液壓泵是系統(tǒng)的能源，它以恒定的壓力向系統(tǒng)供油．供油壓力由溢流閥調(diào)定。液壓動(dòng)力元件由四邊滑閥和液壓缸組成?；y是轉(zhuǎn)換放大元件，它將輸入的機(jī)械信號(hào)(閥芯位移)轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)(流量、壓力)輸出，并加以功率放大。液壓缸是執(zhí)行元件，輸入是壓力油的流量，輸出是運(yùn)動(dòng)速度(或伙移)?；y閥體與液壓缸體剛性連結(jié)在一起，構(gòu)成反饋回路。因此，這是個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。液壓伺服系統(tǒng)

第1章緒論1.1液壓伺服控制系統(tǒng)

如圖是一個(gè)機(jī)液位置伺服系統(tǒng)的原理圖。液壓缸的運(yùn)動(dòng)（輸出量）自動(dòng)而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)了閥芯的運(yùn)動(dòng)（輸入量）變化規(guī)律。1.1.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理如圖是一個(gè)機(jī)液位置伺服系統(tǒng)的原理圖。液壓缸的運(yùn)動(dòng)（輸1.1.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理電液伺服系統(tǒng)：有電液伺服閥存在控制系統(tǒng)。閥控系統(tǒng)：系統(tǒng)主控流量和壓力元件是閥。泵控系統(tǒng)：系統(tǒng)主控流量和壓力元件是泵。恒壓源：系統(tǒng)能源裝置輸出壓力為恒值。恒流源：系統(tǒng)能源裝置輸出流量為恒值。

1.1.1液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理電液伺服系統(tǒng)：有電液伺1.1.2液壓伺服和比例控制系統(tǒng)的組成

輸入元件：也稱指令元件，給出輸入信號(hào)(指令信號(hào))加于系統(tǒng)的輸入端。如靠模、指令電位器或計(jì)算機(jī)等。反饋測量元件：測量系統(tǒng)的輸出并轉(zhuǎn)換為反饋信號(hào)。如各種傳感器。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)。多為減法器。放大轉(zhuǎn)換元件：將偏差信號(hào)故大、轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)。如機(jī)液伺服閥、電液伺服閥等。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)。如液壓缸和液壓馬達(dá)等?？刂茖?duì)象被控制的機(jī)器設(shè)備或物體，即負(fù)載。此外，還可能有各種校正裝只，以及不包含在控制回路內(nèi)的液壓能源裝置。1.1.2液壓伺服和比例控制系統(tǒng)的組成輸入元件：也稱指令1.2液壓伺服控制系統(tǒng)的分類

1、按輸入信號(hào)介質(zhì)分：有機(jī)液伺服系統(tǒng)、氣液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)等。2、按輸出物理量分：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。3、按控制元件分：有閥控系統(tǒng)和泵控系統(tǒng)兩類。1.2液壓伺服控制系統(tǒng)的分類1、按輸入信號(hào)介質(zhì)分：有1.3介紹液壓伺服控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

液壓伺服系統(tǒng)與電氣伺服系統(tǒng)相比有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)﹕（1）體積小﹐重量輕﹐慣性小﹐可靠性好﹐輸出功率大﹔（2）快速性好﹔（3）剛度大(即輸出位移受外負(fù)載影響小)﹐定位準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是加工難度高﹐抗污染能力差﹐維護(hù)不易﹐成本較高。1.3介紹液壓伺服控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓伺服系統(tǒng)與電氣習(xí)題和思考題1、閥控系統(tǒng)和泵控系統(tǒng)的基本工作原理是什么?它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

2、什么是恒壓系統(tǒng)？什么是恒流系統(tǒng)？各有什么特點(diǎn)？

3、機(jī)液伺服系統(tǒng)和電液伺服系統(tǒng)的組成有什么不同？

4、為什么液壓伺服控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度快、控制精度高？習(xí)題和思考題第2章液壓放大元件

2.1圓柱滑閥的結(jié)構(gòu)型式及分類

按滑閥零位時(shí)開口型式：負(fù)開口（正遮蓋或正重疊）、零開口（零遮蓋或零重疊）和正開口（負(fù)遮蓋或負(fù)重疊）。第2章液壓放大元件

2.1圓柱滑閥的結(jié)構(gòu)型式及分類

滑閥按工作邊數(shù)(起控制作用的閥口數(shù))可分為：單邊滑閥、雙邊滑閥和四邊滑閥。另外按進(jìn)、出閥的通道數(shù)：三通閥，四通閥，例如b為三通閥；按閥芯的凸肩數(shù)目劃分：a，b為兩凸肩閥，c為三凸肩閥滑閥按工作邊數(shù)(起控制作用的閥口數(shù))可分為：單邊滑閥液壓伺服技術(shù)完美版解讀課件2.2滑閥靜態(tài)持性的一般分析

一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式QL為負(fù)載流量；PL為負(fù)載壓降；Ps為供油壓力；Qs為供油流量;Po為回油壓力；xv為閥芯位移；U為開口量；2.2滑閥靜態(tài)持性的一般分析

一、滑閥壓力—流量方程的一般表

一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式以零開口為例U=0假設(shè)條件：1、液壓能源是理想的。對(duì)恒壓源供油壓力Ps為常數(shù);對(duì)恒流源供油流量Qs為常數(shù)?；赜蛪毫o為零，如果不為零，則把Ps看成供回油壓力差。2、忽略管道和閥腔內(nèi)的壓力損失。3、液體是不可壓縮的。4、閥各節(jié)流口的流量系數(shù)相等，即Cd1=Cd2=Cd3=Cd4=Cd則有：一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式以零開口為例U=0

一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式PL稱為負(fù)載壓力；QL稱為負(fù)載流量。在大多數(shù)情況下，閥的窗口都是匹配的和對(duì)稱的，則有:A1=A3；A2=A4；而且Q1=Q3；Q2=Q4；

一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式PL稱為負(fù)載壓力；QL一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式一、滑閥壓力—流量方程的一般表達(dá)式二、滑閥的靜態(tài)特性曲線1、流量特性曲線：是指負(fù)載壓降等于常數(shù)時(shí)，負(fù)載流量與閥的開度之間的關(guān)系，當(dāng)負(fù)載壓降PL=0時(shí)的流量特性稱為空載流量特性。二、滑閥的靜態(tài)特性曲線1、流量特性曲線：是指負(fù)載壓降等于常數(shù)二、滑閥的靜態(tài)特性曲線2.壓力特性曲線：是指負(fù)載流量等于常數(shù)時(shí)，負(fù)載壓降與閥的開度之間的關(guān)系，重要的是負(fù)載流量QL=0時(shí)的壓力特性，通常所講的壓力特性即指此而言。二、滑閥的靜態(tài)特性曲線2.壓力特性曲線：是指負(fù)載流量等于二、滑閥的靜態(tài)特性曲線3.壓力一流量特性曲線：是指閥的開度一定時(shí)，負(fù)載流量與負(fù)載壓力間的關(guān)系，壓力一流量特性曲線族。二、滑閥的靜態(tài)特性曲線3.壓力一流量特性曲線：是指閥的開度一三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)

閥的壓力一流量特性是非線性的。采用線性化理論對(duì)系統(tǒng)i行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，必須把這個(gè)方程線性化。在某點(diǎn)（PL0,XV0)附近展成臺(tái)勞級(jí)數(shù)，通常為零點(diǎn)。三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)閥的壓力一流量特性是非線三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)閥系數(shù)：1、流量增益Kq：它是流量曲線在某一點(diǎn)的切線斜率。流量增益表示負(fù)載壓降一定時(shí)，閥單位輸入位移所引起的負(fù)載流量變化大小。2、流量一壓力系數(shù)Kc：它是壓力一流量曲線的切線斜率冠以負(fù)號(hào)。流量一壓力系數(shù)表示閥開度一定時(shí)，負(fù)載壓降變化所引起的負(fù)載流量變化大小。3、壓力增益(壓力靈敏度)Kp：它是壓力特性曲線的切線斜率。三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)閥系數(shù)：三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)應(yīng)當(dāng)指出以下幾點(diǎn):(1)閥的三個(gè)系數(shù)是表征閥靜態(tài)特性的三個(gè)性能參數(shù)，這些系數(shù)在確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)特性時(shí)是非常重要的。流量增益直接影響系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，因而對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)特性和穩(wěn)態(tài)誤差有直接的影響。流量-壓力系數(shù)直接影響閥一液壓馬達(dá)組合的阻尼系數(shù)和速度剛性。壓力增益標(biāo)志著閥-液壓馬達(dá)組合起動(dòng)大慣量或大摩擦負(fù)載的能力，這個(gè)參數(shù)可達(dá)到很高數(shù)值，這正是伺服系統(tǒng)所希望的特性。(2)閥的系數(shù)的數(shù)位隨工作點(diǎn)的變化而變化。最重要的工作點(diǎn)是壓力一流量曲線的原點(diǎn)，因?yàn)橄到y(tǒng)(位置控制系統(tǒng))經(jīng)常在原點(diǎn)附近工作，而此處閥的流量增益最大，因而系統(tǒng)的增益最高，但流量一壓力系數(shù)最小，所以阻尼最低。因此，從穩(wěn)定性的觀點(diǎn)看，這一點(diǎn)是最關(guān)鍵的。

(3)線性化方程式的精確度和適用范圍與變量的變化范圍和閥特性的線性度有關(guān)。閥特性的線性度高，變量的變化范圍小，線性化的精確性就高，閥特性的線性度高，所允許的變量變化范圍就大。三、閥的線性化分析和閥的系數(shù)應(yīng)當(dāng)指出以下幾點(diǎn):

2-3零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性一、理想零開口因邊滑閥的靜態(tài)特性理想滑閥是指徑向間隙為零、工作邊銳利的滑閥。理想滑閥的靜態(tài)特性可以不考慮徑向間隙和工作邊圓角的影響。1、理想零開口四邊滑閥的壓力一流量方程2-3零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性一、理想零開口因邊滑閥的靜態(tài)

理想零開口四邊滑閥當(dāng)閥芯離開中間位置時(shí)，只有兩個(gè)節(jié)流口通流，其余兩個(gè)節(jié)流口完全關(guān)閉。設(shè)定閥芯左移為正，Q1=Q3=0；Q1=Q3：當(dāng)閥芯右移時(shí)：理想零開口四邊滑閥當(dāng)閥芯離開中間位置時(shí)，只有零開口四邊滑閥的無量綱壓力一流量曲線

如圖所示。因?yàn)殚y窗孔是匹配和對(duì)稱的，所以壓力一流量曲線對(duì)稱于原點(diǎn)。圖中的Ⅰ，Ⅲ象限是馬達(dá)工況區(qū)，Ⅱ，Ⅳ、象限是泵工況區(qū)，只有在瞬態(tài)過程中才可能出現(xiàn)。例如xV突然減小，液壓缸對(duì)負(fù)載進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，負(fù)載壓力突然改變符號(hào)，但是由于液流和負(fù)載慣性的影響，在一定時(shí)間內(nèi)，負(fù)載和液流仍將保持原來的運(yùn)動(dòng)方向。零開口四邊滑閥的無量綱壓力一流量曲線如圖2、理想零開口四邊滑閥的閥系數(shù)流量增益為流量-壓力系數(shù)增益為壓力增益為零位閥系數(shù)（PL=0，xV=0）

理想零開口四邊滑閥的零位流量增益決定于供油壓力P.和面積梯度，在Ps為常數(shù)時(shí)，唯一的由面積梯度所決定，因此是閥的最重要的參數(shù)。Ps和面積梯度是很容易測量和控制的量，從而零位流量增益也就比較容易準(zhǔn)確計(jì)算和控制。試驗(yàn)也證明由式計(jì)算的值與實(shí)際零開口閥的試驗(yàn)值是相符的，故可以放心地使用。但Kp和Kc值和實(shí)際零開口閥的試驗(yàn)故相差很大，故需尋求其他計(jì)算方法2、理想零開口四邊滑閥的閥系數(shù)流量增益為流量-壓力系數(shù)增益為二、實(shí)際零開口四邊滑閥的零區(qū)特性

實(shí)際的與理想的零開口滑閥之間的差別就在于零位泄漏特性。理想的閥具有精確的幾何形狀，因而零位泄漏量為零，造成閥系數(shù)計(jì)算不準(zhǔn)確的結(jié)果。實(shí)際閥具有徑向間隙，往往還有小于0.025mm的正的或負(fù)的微小重疊量，這種閥的零位存在著泄漏量。這種泄漏特性決定了閥在零區(qū)的壓力一流量特性。在零區(qū)以外，由于徑向間隙等影響可以忽略，實(shí)際閥的特性和理想閥的特性是一致的。

實(shí)際閥的零區(qū)特性可以通過試驗(yàn)確定。將其負(fù)載通道關(guān)閉(QL=0)，在負(fù)載通道和供油口分別俊上壓力表，在回油口接流量計(jì)或量杯。在供油壓力Ps一定時(shí)，改變閥的開度XV，測出相應(yīng)的負(fù)載壓力PL.如果使閥處于幾何零位不動(dòng)，改變供油壓力Ps，可以測量相應(yīng)的零位泄漏流量。二、實(shí)際零開口四邊滑閥的零區(qū)特性實(shí)際的與理想的二、實(shí)際零開口四邊滑閥的零區(qū)特性

實(shí)際零開口四邊滑閥閥系數(shù)的近似計(jì)算J方法。對(duì)于間隙為b，周長為ω的環(huán)形銳邊節(jié)流孔來說，在層流狀態(tài)其流量可用下式計(jì)算：（在零位時(shí)各個(gè)節(jié)流口流量為總流量一半，壓降也為總壓力一半。）式說明，實(shí)際閥的KC0值與閥的面積沸度和徑向間隙有關(guān)，并且隨著其增加而增加。通?？扇=0.005mm作為典型值來估算。零位壓力增益主要取決于閥的徑向間隙道，而與閥的面積梯度無關(guān)。

為了對(duì)零位壓力增益有一個(gè)數(shù)量概念，我們作一個(gè)典型計(jì)算。取μ=1.4*10-6Pa.S,ρ=870Kg/m3，Cd=0.62,b=0.005mm則：當(dāng)Ps=70MPa時(shí)，Kpo=3.375*1011Pa/m，實(shí)踐證明，此數(shù)值很容易達(dá)到，但值得注意的是無論如何此閥系數(shù)不易取得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，且其變化較大是個(gè)“軟量”。二、實(shí)際零開口四邊滑閥的零區(qū)特性實(shí)際零開口四邊2-4、正開口四邊滑閥的靜態(tài)特性如圖當(dāng)閥在幾何零位時(shí)，四個(gè)節(jié)流窗口有相等的正開口U，并規(guī)定閥是在正開口范圍內(nèi)工作的，假定閥口是匹配且對(duì)稱的，則有：正開口四邊滑閥的零位系數(shù)為2-4、正開口四邊滑閥的靜態(tài)特性如圖當(dāng)閥在幾何零位時(shí)，四個(gè)2-4、正開口四邊滑閥的靜態(tài)特性關(guān)于零位閥系數(shù)的說明：1、正開口四邊閥的流量增益是理想零開口四邊滑閥的兩倍，這是因?yàn)樨?fù)載流量同時(shí)受兩個(gè)節(jié)流窗口的控制。2、正開口閥可以提高零位流量增益并改善壓力一流量曲線的線性度。3、流量-壓力系數(shù)取決于面積梯度。4、壓力增益與面積無關(guān)。5、這種閥由于零位泄漏流量比較大，所以不適合大功串控制的場合。3,4說明前面的分析的正確性。在零位附近，實(shí)際零開口閥很類似于正開口閥。2-4、正開口四邊滑閥的靜態(tài)特性關(guān)于零位閥系數(shù)的說明：2-5滑閥受力分析一、軸向液動(dòng)力：穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力（好力利于穩(wěn)定，但加重驅(qū)動(dòng)力）；瞬態(tài)液動(dòng)力（時(shí)好時(shí)壞）。二、閥芯與閥套間的摩擦力力三、滑閱的驅(qū)動(dòng)力2-5滑閥受力分析一、軸向液動(dòng)力：穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力（好力利于穩(wěn)定，2-6、滑閥的功率輸出及效率閥輸出或負(fù)載功率為：No=PL*QL閥的輸入功率為：Ni=Ps*Qs閥的效率為：η=PL*QL/Ps*Qs1、僅考慮閥：閥在最大開度和負(fù)載壓力為2/3Ps時(shí)，能夠輸出的最大功率，效率為66.7%2、若考慮閥的空載流量為定量泵額定流量，則閥在最大開度和負(fù)載壓力為2/3Ps時(shí)，能夠輸出的最大功率，效率為38%。3、若采用恒壓變量泵作為能源，泵的輸出流量正好滿足所要求的負(fù)載流量，系統(tǒng)的供油效率100%，則系統(tǒng)的效率就近似等子閥的效率。4、伺服系統(tǒng)中效率不是主要考慮的因素，更重要的是首先滿足系統(tǒng)的控制性能，如穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、精度等。5、在以后的設(shè)計(jì)中，我們還是經(jīng)常取，2/3Ps設(shè)計(jì)為負(fù)載壓力，因?yàn)榇藭r(shí)系統(tǒng)效率最閥的輸出功率最大。

2-6、滑閥的功率輸出及效率閥輸出或負(fù)載功率為：No=PL*2-7噴嘴擋板閥的分析與設(shè)計(jì)

噴嘴擋板閥有以下優(yōu)點(diǎn)，(1)結(jié)構(gòu)簡單，公差要求比較寬，故制造容易、價(jià)格低。(2)其壓力一流量特性曲線的線性度比較好，特性容易預(yù)測，對(duì)油液污染不太敏感，工作十分可靠。(3)運(yùn)動(dòng)部分(擋板):5慣}如位移量小，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度高，靈敏度高。(4)但存在泄漏損失，流量增益小。大多數(shù)兩級(jí)電液伺服閥的第一級(jí)都采用噴嘴擋板閥。2-7噴嘴擋板閥的分析與設(shè)計(jì)噴嘴擋板閥有以下優(yōu)點(diǎn)，2-7噴嘴擋板閥的分析

與滑閥相比，噴嘴擋板閥有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)簡單，公差要求比較寬，故制造容易、價(jià)格低。(2)其壓力一流量特性曲線的線性度比較好，特性容易預(yù)測，對(duì)油液污染不太敏感，工作十分可靠。(3)運(yùn)動(dòng)部分(擋板慣性小，位移量小，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度高，靈敏度高。但存在泄漏損失，流量增益小，因此這種閥在低功率系統(tǒng)中很受歡迎，大多數(shù)兩級(jí)電液伺服閥的第一級(jí)都采用噴嘴擋板閥。

雙噴嘴擋板閥的原理圖所示。它由固定節(jié)流孔、噴嘴及擋板組成。噴嘴與擋板間的環(huán)形面積構(gòu)成了可變節(jié)流口，用來控制固定節(jié)流孔與可變節(jié)流孔之間的壓力P1和P2，該壓力差P1-P2與負(fù)載腔相連，用來控制如液壓缸。當(dāng)上邊擋板與噴嘴端面之間的間隙減小時(shí)，由于可變液阻增大，使流量減小，在固定節(jié)流孔處的壓力P1增大；下邊擋板與噴嘴端面之間的間隙增大時(shí)，由于可變液阻減小，使流量增大，在固定節(jié)流孔處的壓力P2減小。因此控制壓力差增大，推動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。2-7噴嘴擋板閥的分析與滑閥相比，噴嘴擋板閥有以下2-8射流管閥滑噴嘴擋板閥特點(diǎn)：抗污染能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，要求加工精度低；缺點(diǎn)是慣性大，相應(yīng)速度慢，功耗大；用于小功率和低壓場合。2-8射流管閥滑噴嘴擋板閥特點(diǎn)：習(xí)題和思考題1、什么是理想滑閥?什么是實(shí)際滑閥。2、閥的靜態(tài)特性是什么？說明閥的三個(gè)系數(shù)的定義和它們對(duì)系統(tǒng)性能的影響。3、比較零開口閥、正開口閥的三個(gè)閥系數(shù)有什么異同?為什么?4、已知一正開量U=0.05mm的四通閥，在供油壓力Ps=7MPa下測得泄漏量為5L/min求閥的三個(gè)零位閥系數(shù)。

習(xí)題和思考題1、什么是理想滑閥?什么是實(shí)際滑閥。第三章液壓動(dòng)力元件

液壓動(dòng)力元件或稱液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)是由液壓放大元件和液壓執(zhí)行元件(包括負(fù)載)組成的。液壓放大元件可以是何服閥或伺服變量泵;液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)是掖壓馬達(dá)或液壓油缸?？山M成：閥控液壓馬達(dá)、閥控液壓缸、泵控液壓馬達(dá)和泵控液壓缸。前兩種動(dòng)力元件可以構(gòu)成閥控系統(tǒng)，后兩種動(dòng)力元件可構(gòu)成泵控制系統(tǒng)。在液壓伺服系統(tǒng)中，液壓動(dòng)力元件是一個(gè)關(guān)鍵性的部件，它直接影響到系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)。本章將建立兒種基本的液壓動(dòng)力元件的傳遞函數(shù)，分析它們的動(dòng)態(tài)特性和主要的性能參數(shù)，討論動(dòng)力元件與負(fù)載的匹配，這些是分析和設(shè)計(jì)液壓伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)。第三章液壓動(dòng)力元件液壓動(dòng)力元件或稱液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)是由液3-1閥控液壓馬達(dá)第三章液壓動(dòng)力元件

假設(shè)：閥與馬達(dá)的連接管道對(duì)稱且短而粗，可以忽略管道內(nèi)的摩擦報(bào)失和管路動(dòng)態(tài)；在管道和馬達(dá)腔內(nèi)