液压传动系统与液压控制系统

1-1简述液压传动系统与液压控制系统的主要差别是什么？

液压传动系统与液压控制系统主要差别可以从工作任务、控制原理、控制元件、控制功能以及性能要求五个方面来叙述。液压传动系统以传递动力为主，信息传递为辅。基本任务是驱动和调速；液压控制系统以传递信息为主、传递动力为辅。主要任务是使被控制量，如位移、速度或输出力等参数，能够自动、稳定、快速而准确地跟踪输入指令变化。液压传动系统控制原理一般是开环系统；液压控制系统多为带反馈的闭环控制系统。液压传动的控制元件多为调速阀或者变量泵手动调节流量；液压控制系统多采用液压控制阀，如伺服阀、电液比例阀或电液数字阀自动调节流量。液压传动系统只能实现手动调速、加载和顺序控制等功能。难以实现任意规律、连续的速度调节；液压控制系统能利用各种测量传感器对被控制量进行检测和反馈，从而实现对位置、速度、加速度、力和压力等各种物理量的自动控制。在性能上考虑，液压传动系统追求的是传动特性的完善，侧重于静态特性要求。主要性能指标为调速范围、低速稳定性、速度刚度和效率等；液压控制系统追求的目标是控制特性的完善，性能指标要求应包括稳态性能和动态性能两个方面。

1-2机液伺服控制系统与电液伺服控制系统有什么不同？

机液伺服系统：反馈装置采用机械元件的液压控制系统，即机械控制系统；

电液伺服系统：一种有电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈系统。

1-3简述图1-1(b)电液速度伺服控制系统的工作原理，并绘出其原理框图。

图1-1 (b)为电液速度伺服控制系统，它主要由指令元件、伺服放大器、电液伺服阀、液压伺服缸、速度传感器（测速发电机）、工作台及液压能源装置组成。其工作原理为：当指令电位器给定一个指令信号ur时，通过比较器与反馈信号uf比较，输出偏差信号，偏差信号经伺服放大器输出控制电流i，控制电液伺服阀的开口，输出相应的压力油驱动液压伺服缸，带动工作台运动。

由电液速度伺服控制系统的工作原理可知，液压伺服缸活塞的运动方向由控制电流的正负极性决定，而运动速度由伺服阀的输出流量即控制电流的大小确定。系统由于加入了检测、反馈构成了闭环控制，故具有抗干扰、抗内变的能力，该电液速度伺服控制系统对温度、负载、泄漏等影响因素均有自动补偿功能，能在有外部干扰的情况下获得精确的速度控制。

控制原理框图

1-4液压伺服控制系统具有哪些共同特点？

伺服系统又称跟踪系统，是一种自动控制系统，在这种系统中，执行元件能够自动地、快速而准确地按照输入信号的变化规律而动作。同时，系统还起到将信号功率放大的作用，这种由液压元件组成的系统称为液压伺服系统。其特点如下：

1) 同是一个位置跟踪系统。输出位移自动地跟随输入位移的变化规律而变化，体现为位置跟随运动。

2) 伺服系统是一个功率放大系统。推动滑阀阀芯所需的功率很小，而系统的输出功率却可以很大，可带动较大的负载运动。

3) 伺服系统是一个负反馈系统。输出位移之所以能够精确地复现输入位移的变化，是因为控制滑阀的阀体和液压缸体固连在一起，构成了一个负反馈控制通路。液压缸输出位移，通过这个反馈通路回输给滑阀阀体，并与输入位移相比较，从而逐渐减小和消除输出位移和输入位移之间的偏差，直到两者相同为止。因此负反馈环节是液压伺服系统中必不可少的重要环节。负反馈也是自动控制系统具有的主要特征。

1-5简述液压控制系统的基本类型。

液压控制系统的类型繁杂，可按不同的方式进行分类。

1)按能量转换的形式分为：

(1)机械－液压控制系统（也称机液伺服控制系统）；

(2)电气－液压控制系统（即电液控制系统）；

(3)气动－液压控制系统（或称气液控制系统）；

(4)机、电、气、液混合控制系统。

2)按控制元件的类型分为：

(1)阀控系统又称节流控制系统，即指由伺服阀或比例阀等液压控制阀利用节流原理控制输给执行元件的流量或压力的系统；

(2)泵控系统又称容积控制系统，是指利用伺服（或比例）变量泵改变排量的原理控制输给执行元件的流量或压力的系统。

3) 按被控制物理量性质可分：

(1) 位置（或转角）控制系统；

(2) 速度（或转速）控制系统；

(3) 加速度（或角加速度）控制系统；

(4) 力（或力矩）控制系统；

(5) 压力（或压差）控制系统；

(6) 其它控制系统（如温度控制系统等）。

4) 按输入信号的变化规律分为：

(1) 伺服控制系统这类系统的输入信号是时间的函数，要求系统的输出能以一定的控制精度跟随输入信号变化，是一种快速响应系统。因此，有时也称之为随动系统。

(2) 定值调节系统若系统的输入信号是不随时间变化的常值，要求其在外干扰的作用下，能以一定的控制精度将系统的输出控制在期望值上，这种系统就称之定值调节系统，亦

即恒值控制系统。

(3) 程序控制系统程序控制系统的输入量按所需程序设定，它是一种实现对输出进行程序控制的系统。

1-6典型的电液控制系统主要由哪些基本元件组成，它们各起什么作用？

(1) 输入元件给出指令信号加入系统的输入端，所以也称指令元件。通常用的有指令电位器、信号发生器或程序控制器、计算机等。

(2) 比较元件也称比较器。它将反馈信号与输入信号进行比较，形成偏差信号。比较元件有时并不单独存在，而是由几类元件有机组合构成整体，其中包含有比较功能。如将输入指令信号的发生、反馈信号处理、偏差信号的形成、校正与放大等多项功能集于一体的板卡或控制箱。

(3) 放大转换元件将比较器给出的偏差信号进行放大，并作能量转换，以液压量（流量、压力）的形式输给执行机构，控制执行元件运动。例如伺服阀、比例阀或数字阀及其配套使用的控制放大器，都是常见的放大转换元件。

(4) 检测反馈元件用于检测被控制量并转换成反馈信号，加于系统的输入端与输入信号相比较，从而构成反馈控制。例如位移、速度、压力或拉压力等各类传感器就是常用的检测反馈元件。

(5) 液压执行元件按指令规律动作，驱动被控对象做功，实现调节任务。例如液压缸、液压马达或摆动液压马达等。

(6) 被控对象它是与液压执行元件可动部分相连接并一起运动的机构或装置，也就是系统所要控制的对象，如工作台或其它负载等。

除了以上基本元件之外，为改善系统的控制特性，有时还增加串联校正环节和局部反馈环节。当然，为保证系统正常工作，还有不包含在控制回路中的液压源和其它辅助装置等。

1-7试述电液控制系统的主要优缺点。

以油液为介质的电液控制系统，属于液压系统范畴，同样具有液压系统的优点，如：单位功率的重量轻，力－质量比（或力矩－惯量比）大；响应速度快；负载刚度大，控制精度高；液压油能兼有润滑作用，有利于散热和延长元件的使用寿命；容易按照机器设备的需要，通过管道连接实现能量的分配与传递；利用蓄能器很容易实现液压能的贮存及系统的消振等；也易于实现过载保护和遥控等

除了以上一般液压系统都具有的优点外，需要特别指出的是，由于电液控制系统引入了电气、电子技术，因而集结了电控和液压技术两方面的特长。系统中偏差信号的检测、校正和初始放大采用电气、电子元件来实现；系统的能源用液压油源，能量转换和控制用电液控制阀完成。它能最大限度地发挥流体动力在大功率动力控制方面的长处和电气系统在信息处理方面的优势，从而构成了一种被誉之为“电子大脑和神经＋液压肌肉和骨骼”的控制模式，在很多工程应用领域保持着有利的竞争地位。对中大型功率、要求控制精度高、响应速度快的工程系统来说是一种较理想的控制模式。

由于电液控制系统中电液转换元件自身的特点，电液控制系统也存在以下缺点：

(1)电液控制阀的制造精度高。高的精度要求不仅使制造成本高，而且对工作介质即油液的清洁度要求很高，一般都要求采用精细过滤器。

(2)油液的体积弹性模数会随温度和空气的混入而发生变化，油液的黏度也随油温变化。这些会明显影响系统的动态控制性能，因此，需要对系统进行温度控制和严格防止空气浸入。

(3)同普通液压系统一样，如果元件密封设计、制造或使用不当时，容易造成油液外漏，污染环境。

(4)由于系统中的很多环节存在非线性特性，因此系统的分和设计比较复杂；以液压方式进行信号的传输、检测和处理不及电器方式便利。

(5) 液压能源的获得不像电控系统的电能那样方便，也不像气源那样容易贮存。