液压伺服系统图文稿

液压伺服系统

文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

唐山科技职业技术学院

毕业设计（论文）

课题名称：浅谈液压伺服系统

系别：机电工程系

专业班级：机电设备维修与管理2班

学生姓名：王琳

指导教师：王磊

二OO九年五月附表1 毕业设计（论文）评分表

附表二毕业设计（论文）任务书

指导教师：教研室主任：系主任：

目录

摘要

液压伺服系统，是在液压传动和自动控制理论基础上，建立起来的一种液压自动控制系统。液压伺服控制除了具有液压传动的各种优点外，还具有反应速度快，系统刚度大和伺服精度高等优点，因此广泛应用于金属切削机床、重型机械、起重机械、汽车、飞机船舶和军事装备等方面。

关键词：伺服系统液压传动自动控制应用

引言

液压传动技术是我们“机电设备维修与管理专业”的必修课。在这门课程里我们学到了液压伺服系统。

液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。它以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛应用。

本论文通过介绍液压伺服系统的发展、工作原理、组成、分类、基本特性和具体应用，使我们对液压伺服系统有一个更深入的了解。

正文

1.液压伺服系统的发展及应用领域

1.1液压伺服系统的发展历程

液压伺服控制技术是一门比较新的科学技术。它不但是液压技术中的一个新分支，而且也是控制领域中的一个重要组成部分。

在第一次世界大战前，液压伺服系统作为海军舰船的操舵装置开始应用。后来，在第二次世界大战期间及以后，由于军事刺激，自动控制特别是武器和飞行器控制系统的研究发展取得很大的进展。液压伺服系统因影响快、精度高、功率比重大，特别受到重视。实践的需要也推动了理论研究工作，40年代开始了滑阀特性和液压伺服理论的研究。1940年底，首先在飞机上出现了电液伺服系统。但该系统中的滑阀由伺服电机驱动，作为电液转换器。由于伺服电机惯性量大，使电液转换器成为系统中时间常数最大的环节，限制了电液伺服系统的响应速度。直到50年代初，才出现了快速响应的永磁力矩马达，形成了电液伺服阀雏形。到50年代末，又出现了以喷嘴挡板阀作为第一级的电液伺服阀，进一步提高了伺服阀的快速性。60年代，各种结构的电液伺服阀相继出现，特别是干式力矩马达的出现，才使得电液伺服阀的性能日趋完善。由于电液伺服阀和电子技术的发展，使电液伺服系统得到了迅速的发展。随着加工能力的提高和电液伺服工艺性的改善，使电液伺服阀的价格不断降低。出现了抗污染和工作可靠的工业用廉价电液伺服阀，电液伺服系统开始向一般工业中推广。目前，液压伺服系统，特别是电液伺服系统已成了武器自动化和工业自动化的一个重要方面，应用非常广泛。

1.2液压伺服系统的应用领域

液压伺服系统在国防工业中，用于飞机的操作系统、导弹的自动控制系统、火炮操作系统、雷达跟踪系统和舰艇的操舵装置等。在民用工业中，用于仿形机床、数控机床、电火花加工机床；冶炼方面的电炉电极自动升降恒功率控制系统；试验装置方面的振动试验台、材料试验机、轮胎试验机等；锻压设备中的挤压机速度伺服、油压机的位置同步伺服；设备中的轧机液压压下、张力控制；燃气轮机及水轮机转速自调系统等。

2.液压伺服系统的工作原理

在液压伺服系统中，液压执行元件的运动，能自动快速而准确地随着控制机构的信号而改变，因而液压伺服系统又称为随动系统。与此同时，液压伺服机构还起到信号的功率放大作用，因此它也是功率放大装置。

下图所示为一简单液压传动系统，由一个滑阀控制的液压缸推动负载运动。当给阀芯输入量Xi(例如向右)，则滑阀移动某一个开口量Xv，此时压力油进入液压缸右

腔，液压缸左腔回油，推动缸体向右运动，即有一个输出位移Xo，它与输入位移大小Xi无直接关系，而与液压缸结构尺寸有关。

若将上述滑阀和液压缸组合成一个整体，构成反馈通路，上述系统就变成一简单液压伺服系统，如下图所示

如果控制滑阀处于中间位置（零位），即没有信号输入（Xi=0）,这时，滑阀凸肩恰好堵住液压缸两个油口，缸体不动，系统的输出量Xo=0。负载停止不动，系统处于静止平衡状态。

若给控制滑阀输入一个正位移Xi>0（例如向右为正）的输入信号，阀芯偏离其中间位置，液压缸进出油路同时打开，阀相应开口量Xv=Xi，高压油通过节流口进入液压缸右腔，而液压缸左腔的油通过令一个节流口回油，液压缸产生位移Xo，此时系统处于不平衡状态。

由于控制滑阀阀体和液压缸缸体连在一起，成为一个整体，随着输出量Xo增加，而滑阀开口量Xv逐渐减少。当Xo增加Xo=Xi到时，则开口量Xv=0，油路关闭，液压缸不动，负载停止在一个新的位置上，达到一个系新的平衡状态。

如果继续给控制滑阀向右的输入信号Xi，液压缸就会跟随这个信号继续向右运动。

反之，若给控制滑阀输入一个负位移Xi<0（向左为负）的输入信号，则液压缸就会跟随这个信号向左运动。

由此看出，在此系统中，滑阀不动，液压缸也不动；滑阀移动多少距离，液压缸也移动多少距离；滑阀移动速度快，液压缸移动速度也快；滑阀向哪个方向移动，液压缸也向哪个方向移动。只要给控制滑阀一某一规律的输入信号，则执行元件（输出系统）就会自动地、准确地跟随控制滑阀，并按照这个规律运动，这就是液压伺服系统的工作原理，该原理课可以用下图所示的方框图表示。

3.液压伺服系统的基本特性

3.1液压伺服系统的基本特点

液压伺服系统有以下基本特点：

（1）输出量能够自动地跟随输入量变化规律而变化，所以，液压伺服系统是一个自动跟踪系统（随动系统）。

（2）液压缸位移Xo和阀芯位移Xi之间不存在偏差（即当控制滑阀处于零位）时，系统的控制对象处于静止状态。由此可见，欲使系统有输出信号,首先必须保证控制滑阀具有一个开口量，即Xv＝Xi-Xo≠0。系统的输出信号和输入信号之间存在偏差是液压伺服系统工作的必要条件,也可以说液压伺服系统是靠偏差信号进行工作的。所以，液压伺服系统是一个有误差系统。

（3）输出信号之所以能精确地复现输入信号的变化，是因为控制阀体和液压缸固连在一起，构成了一个反控制通路。液压缸输出位移Xo通过这个反馈通路会输给

控制阀体，与输入位移Xi相比较，从而逐渐减小和消除输出信号和输入信号之间的偏差，即滑阀的开口量，直至输出位移和输入位移相同为止。所以，液压伺服系统是一个负反馈系统。

（4）移动滑阀所需信号功率是很小的，而系统的输出功率（液压缸输出的速度和力）却可以很大，所以，液压伺服系统是一个功率（或力）放大系统。

3.2液压伺服系统的性能要求

伺服系统必须具备可控性好，稳定性高和速应性强等基本性能。

可控性好是指讯号消失以后，能立即自行停转;稳定性高是指转速随转距的增加而均匀下降;速应性强是指反应快、灵敏、响态品质好。

4.液压伺服系统的组成及分类

4.1液压伺服系统的组成

实际的液压伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件组成的。

输入元件——将给定值加于系统的输入端的元件。该元件可以是机械的、电气的、液压的或者是其它的组合形式。

反馈测量元件——测量系统的输出量并转换成反馈信号的元件。各种类形的传感器常用作反馈测量元件。

比较元件——将输入信号与反馈信号相比较，得出误差信号的元件。输入信号与反馈信号应是相同形式的物理量，以便进行比较。比较元件有时并不单独存在，而是与输入元件、反馈测量元件或放大元件一起由同一结构元件完成

放大、能量转换元件——将误差信号放大，并将各种形式的信号转换成大功率的液压能量的元件。电气伺服放大器、电液伺服阀均属于此类元件；

执行元件——将产生调节动作的液压能量加于控制对象上的元件，如液压缸或液压马达。

控制对象——各类生产设备，如机器工作台、刀架等。

4.2液压伺服系统的分类

液压伺服系统是由液压动力机构和反馈机构组成的闭环控制系统，分为机械液压伺服系统和电气液压伺服系统(简称电液伺服系统)两类。

机械液压伺服系统应用较早，主要用于飞机的舵面控制和机床仿型装置上。随着电液伺服阀的出现，电液伺服系统在自动化领域占有重要位置。很多大功率快速响应的位置控制和力控制都应用电液伺服系统.如轧钢机械的液压压下系统;机械手控制和各种科学试验装置(飞行模拟转台﹑振动试验台)等。

4.2.1电液伺服系统

电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。最常见的有电液位置伺服系统﹑电液速度控制系统和电液力(或力矩)控制系统。

上图是一个典型的电液位置伺服控制系统。图中反馈电位器与指令电位器接成桥式电路。反馈电位器滑臂与控制对象相连，其作用是把控制对象位置的变化转换成电压的变化。反馈电位器与指令电位器滑臂间的电位差(反映控制对象位置与指令位置的偏差)经放大器放大后，加于电液伺服阀转换为液压信号(图中A ﹑B )，以推动液压缸活塞，驱动控制对象向消除偏差方向运动。当偏差为零时，停止驱动，因而使控制对象的位置总是按指令电位器给定的规律变化。

电液伺服系统中常用的位置检测元件有自整角机﹑旋转变压器﹑感应同步器和差动变压器等。伺服放大器为伺服阀提供所需要的驱动电流。电液伺服阀的作用是将小功率的电信号转换为阀的运动，以控制流向液压动力机构的流量和压力。因此，电液伺服阀既是电液转换元件又是功率放大元件，它的性能对系统的特性影响很大，是电液伺服系统中的关键元件。液压动力机构由液压控制元件﹑执行机构和控制对象组成。液压控制元件常采用液压控制阀或伺服变量泵。常用的液压执行机构有液压缸和液压马达。液压动力机构的动态特性在很大程度上决定了电液伺服系统的性能。

4.2.2机械液压伺服系统

机械液压伺服系统一种由液压动力机构和机械反馈机构组成的闭环控制系统。

上图是一个典型的机械液压伺服系统。输入信号x 操作伺服阀，把油液引入液压缸推动活塞，活塞的运动y反馈回来与输入x相减，直到使阀回到零位为止。输出y与输入x之间的传递特性可以近似为一常数。整个系统相当於一个比例控制器。为提高系统稳定性，常采用阻尼器来增加系统的阻尼特性，此外也可采用动压反馈校正装置。

5液压伺服系统实例

为了减轻司机的体力劳动，在大型载重卡车上广泛采用液压助力器，这种液压助力器即是一种液压伺服系统。

下图所示为转向液压助力器的工作原理图，它主要由液压缸和控制滑阀两部分组成。液压缸活塞1的右端通过铰链固定在汽车机架上，液压缸缸体2和控制滑阀阀体联结在一起，形成负反馈，由方向盘5通过摆杆4控制滑阀3移动。当缸体2前后移动时，通过转向连杆机构6等控制车轮向左或向右偏转，从而操纵汽车转向。控制滑阀的阀芯和阀体做成负开口。

当阀芯3处于图示（平衡）位置时，因液压缸左、右腔油液被封闭，两腔油液作用在活塞上的力相等，因此缸体2固定不动，汽车保持直线运动，由于控制滑阀3为负开口，可以防止引起不必要的扰动。

若转动方向盘，通过摆杆4带动滑阀阀芯3向后移动（即向右移动）时，压力

P1减小，压力P2增大，使液压缸缸体向后移动，转向连杆机构6向逆时针方向摆动，使车轮向左偏转，实现向左转弯；发之，缸体若向前移动时，转向连杆机构向顺时针方向摆动，使车轮向右偏转，实现向右转弯。

缸体前进或后退时，控制阀阀体同时前进或后退，即实现刚性负反馈，使阀芯和阀体重新恢复到平衡位置，因此保持了车轮偏转角度不变。

为了使驾驶员在操纵方向盘时能感觉到路面的好坏，在控制滑阀两端增加两个油腔，油腔分别和液压缸前后腔相通，这时，移动控制阀阀芯时所需的力和液压缸两腔的压力差(P1-P2)成正比，司机操纵方向盘时就会感觉到转向阻力的大小。

结论

液压伺服系统，是在液压传动和自动控制理论基础上，建立起来的一种液压自动控制系统。

液压伺服系统是液压传动中具有随动作用的液压自动控制系统。

液压伺服系统是反馈控制系统，反馈回来代表实际状态的信号与指令信号比较，得到误差信号，如果误差不是零，便进行调节。

随着国内经济的高速发展，各个行业对高速，高精度的专业机械需求量与日剧增，拥有强劲的动力和反应灵敏而精确的液压伺服系统必将得到广泛应用。

参考文献

[1]液压传动与气动技术曹建东、龚肖新北京大学出版社 2006.1

[2]液压伺服控制系统王春行甘肃工业大学 1987.10

[3]液压传动技术简引霞西安电子科技大学出版社 2006.7

[4] 北京水利电力出版社 1992.6

致谢

在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师王磊老师的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文过程中，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了王老师悉心细致的教诲和无私的帮助，在此表示真诚地感谢。

在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意。

感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。

最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢。