伺服控制1章

1•液压伺服控制系统的工作原理及组成•液压伺服控制的分类•液压伺服控制的优缺点•液压伺服控制的发展和应用本章主要内容为：第一章绪论2结束TheEnd3流体传动及控制学科——机械-电子-液压一体化的综合学科•有压流体的流动实现了功率的传送及传递。•借助计算机及其它电子元件,流体控制元件和动力元件实现了对动力的传送、传递和高精度的控制。流体传动及控制学科定义泵（能量转换）控制元件执行元件（能量转换）机械能机械能压力能压力能MωFvpQpQMωFv4密闭容器主动柱塞从动柱塞流体介质负载F2面积A2面积A1压力p主动力F15密闭容器主动柱塞从动柱塞流体介质负载F2面积A2面积A1压力p主动力F1v1v2Q6学习本门课的目的•熟悉、理解并掌握液压控制元件的基本特性•熟悉、理解并掌握液压系统设计的基本方法和步骤。•具备从事液压系统设计工作的基本能力和进一步学习的基础。7课程内容•液压放大元件•液压动力元件•机液伺服系统•电液伺服阀•电液伺服系统及设计8考核方式•作业（20%）•期末考试（闭卷考试80分）•其它规定按学校文件执行91.1液压伺服控制系统的工作原理及组成一、液压伺服控制系统的工作原理二、液压伺服控制系统的组成101)采用电压比较的液压工作台位置控制系统传感器1被控对象传感器2比较元件执行元件放大元件指令元件11控制框图控制系统组成：•被控对象•指令元件•比较元件•指令传感器•反馈传感器•动力元件（阀、缸）扰动指令电位器反馈电位器伺服阀液压能源I液压缸电放大KaIUiE-电压比较UPKa被控工作台XP工作台指令Xi液压动力元件放大元件122)采用电压比较的电动工作台位置控制系统传感器1被控对象传感器2比较元件执行元件放大元件指令元件13电动力元件控制框图扰动指令电位器反馈电位器可控硅电源I电放大KaEUiE-电压比较UPKa被控工作台XP工作台指令Xi电机控制系统组成：•被控对象•指令元件•比较元件•指令传感器•反馈传感器•动力元件（可控硅、电机）将液压动力元件（伺服阀、缸）换成电动力元件（可控硅与电动机）143)采用力比较的液压工作台位置控制系统指令传感器K1反馈传感器K2F1F2F1=Xi*K1F2=Xp*K215液压动力元件控制框图采用力比较方式，用弹簧作为位移-力传感器，以阀芯作为力比较元件。扰动液压缸1K1+K2DF-力比较Ka被控工作台XP工作台指令XiF1F1F2F2指令传感器K1指令传感器反馈传感器K2反馈传感器伺服阀液压能源xv164)采用直接位置比较的液压工作台位置控制系统指令元件与阀芯相连受控对象与阀套相连Xi=X芯Xp=X套17阀芯与阀套控制框图采用阀芯阀套直较方式扰动液压缸Xv-位置比较Ka被控工作台XP工作台指令XiX芯X套1指令传感器1反馈传感器伺服阀18psp0p1p2Aqq阀芯输入x输出y力矩马达cPLC位移传感器A-D/D-A转换工作台恒压力油源放大电路负载测量杆计算机液压控制部分电子部分5)计算机控制电液位置控制系统19计算机控制电液位置控制系统原理框图液压执行件电放大被控制对象检测及物理量转换XiEBF-Xo扰动比较信号发生计算机控制部分D/AA/D电液伺服阀液压能源20XPXi升力阻力6)飞机舵机机液控制系统pS飞机舵机指令位移比较杠杆舵机位移XPXV21-杠杆比较XP手XiXVXPXi舵机位移XV手动XV=X1-X2L2L1+L2X1指令L1L2Xi舵机位移-X2L1L2XPL1L1+L2X1X222液压动力元件扰动液压缸-杠杆比较飞机舵机XP指令XiXV伺服阀液压能源1212XPXipS飞机舵机比较杠杆舵机位移XV手动23放大元件输出y2开环控制部分负反馈部分7)电液仿形控制系统测量传感器2测量传感器1输入y1psp0p1p2Aqqx力矩马达恒压力油源比较元件与调节器U1U2I指令元件被控对象24开环控制（放大）部分液压缸及负载•闭环控制系统由开环控制（动力）和负反馈装置两部分组成；•负反馈装置由比较元件、测量反馈元件、调节器构成；•开环控制部分由放大元件（电液伺服阀）、能量转换元件（缸）、负载构成；•指令元件通过闭环系统控制被控对象，使被控位移y2跟踪指令位移y1。放大器被控制对象传感2（物理量转换）y1EU2-y2电液仿形控制系统原理框图扰动比较指令元件其余部分为负反馈装置电液伺服阀液压能源（伺放）传感1U1I25二、液压伺服控制系统的组成输入元件反馈测量元件比较元件放大转换元件执行元件控制对象校正装置液压能源装置261.2液压伺服控制的分类一、按输入信号分类：1定值控制系统：其本任务是抗干扰性2程序控制系统：按给定规律变化3伺服控制系统：随动（稳定、准确、快速）二、按被控物理量分类：1位置控制系统；2速度控制系统；3力控制系统：驱动力控制系统、负载力控制系统4加速度控制系统5压力控制系统27三、按液压动力元件的控制方式或液压控制元件的形式分类：1)节流式（阀控式）控制系统阀控液压缸系统、阀控液压马达系统恒压伺服系统、恒流伺服系统（结构简单、价廉、效率高但阀的线性度差，用于系统性能要求不高的场合）优点：响应速度快、控制精度高、结构简单缺点：效率低2)容积式（变量泵控制或变量马达控制）控制系统伺服变量泵系统、伺服变量马达系统优点：效率高缺点：响应速度较慢、结构复杂，操纵变量机构需要单独的能源28四、按控策略分类：一般控制系统、串级控制系统、自适应控制系统等。五、按信号传递介质的形式分类：1)机械-液压控制系统优点：结构简单、工作可靠、维护简便缺点：校正、增益调整不方便，摩擦间隙应用：响应和精度要求不是很高的位置控制系统2)电气-液压控制系统优点：综合电气与液压的优点：对信号的测量、校正、放大比较方便，且响应速度快，抗负载刚度大3)气动-液压控制系统。偏差信号的检测和初始放大均采用气动元件完成优点：气动测量灵敏度高、工作可靠、可在恶劣的环境中工作、结构简单缺点：需要气源等附属设备此外还有模拟控制系统、数字控制系统之分。29一、液压伺服控制的优点转动：电机：同功率时惯性大----响应慢；液压马达：同功率时惯性小----响应快。直线运动：电传动：齿轮+齿条+电机----慢、难；液压缸驱动：----快、易。30设有一充满流体的密闭容腔,其内流体容积V=1L,其内压力p=10MPa,设将其内的能量在时间间隔t=0.1Sec内释放出来我们可计算出此间的平均功率N为:W101001.01011010336tpVΝ1)适应于功率大的场合312)适应于要求刚度大、响应快的场合设有一液柱如图所示，其液柱刚度K和液柱的固有频率ω可由下两式计算：KEAV2KMEAMV2通常,液体的体积模量E=2.1×109Pa,当A=3.85×10-3m2，V=3.85×10-4m3，M=20kg时,液柱刚度K和液柱固有频率ω分别为KEAV2932472110385103851080810.(.)..(N/m)KM8081020201013207.(/s)Hz柱塞面积AL体积VML=0.1mD=70mm试将此频率与交流电的频率比一比!323)液压伺服系统抗负载的刚度大1）液压刚度高，允许较大的开环放大系数，故高精度，高响应。2）油液的可压缩性很小，泄露也很小，故速度刚度大，组成闭环时位置刚度也大。可采用开环控制电动机的位置刚度接近于零，只能采用闭环控制。气动系统由于气体可压缩性的影响，其刚度只有液压系统1/400。334)适应于要求自动化程度高,要求控制精度高的场合流体传动及控制由于其控制部分直接采用电控件，易于电控及计算机控制、可柔性大；由于系统刚度高，又可引入闭环控制元件，易于达到高精度的控制。在大型设备、自动化程度高的设备，一方面要求功率大，另一方面要求精度高，由于现代化要求生产速度快、生产程序灵活，因此，机-电-液一体化系统变成为了首选。在军工设备方面上也是如此。可实现无人化工作，控制精度可达0.1μm以上345)其它优点润滑性好，寿命长调速范围宽，低速稳定性好能量存储较方便（蓄能器）过载保护容易易冷却35二、液压伺服控制的缺点1)元件制造精度高,通常机械精度为微米级,故对颗粒杂质的过滤要求高,这一点今天在技术上已不存在任何困难，但系统造价高；2)综合学科多,因而技术含量高,维护困难；3)易污染环境；4)易因堵塞造成故障；5)系统性能受油温变化的影响（油液的体积弹性模量）；6)液压能源的获得和远距离传输都不如电气系统方便。361.4液压伺服控制的发展和应用流体传动及控制现以广泛应用于各个行业，如：军工、航空航天、机械加工、冶金、矿山、建筑、交通、医疗甚至服装加工等等。军工：自动火炮系统（高低位机）交通：汽车伺服转向、飞机舵机冶金：轧机液压厚度自动控制系统带钢跑偏控制系统连续铸钢控制系统航空航天：飞行模拟器、环境模拟设备