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1、1,液压伺服系统,第六章 电液伺服系统,2,六、电液伺服阀及电液伺服系统,1 车床液压仿形刀架,液压仿形刀架倾斜安装在车床溜板5的上面，工作时随溜板纵向移动。样板12安装在床身后侧支架上固定不动。液压泵站置于车床附近。仿形刀架液压缸的活塞杆固定在刀架的底座上，缸体6、阀体7和刀架连成一体，可在刀架底座的导轨上沿液压缸轴向移动。滑阀阀心10在弹簧的作用下通过杆9使杠杆8的触销11紧压在样板上。在车削圆柱面时，溜板5沿床身导轨4纵向移动。杠杆触销在样板的圆柱段内水平滑动，滑阀阀口不打开，刀架只能随溜板一起纵向移动，刀架在工件1上车出AB段圆柱面。,3,车削圆锥面时，触销沿样件的圆锥段滑动，使杠杆向
2、上偏摆，从而带动阀心上移，打开阀口，压力油进入液压缸上腔，推动缸体连同阀体和刀架轴向后退。阀体后退又逐渐使阀口关小，直至关闭为止。在溜板不断地做纵向运动的同时，触销在样板的圆锥段上不断抬起，刀架也就不断地作轴向后退运动，此两运动的合成就使刀具在工件上车出BC段圆锥面。其它曲面形状或凸肩也都是这样合成切削来形成的从仿形刀架的工作过程可以看出，刀架液压缸（执行元件）是以一定的仿形精度按着触销输入位移信号的变化规律而动作的，所以仿形刀架液压系统是液压伺服系统。,4,2 机械手伸缩运动伺服系统,5,机械手伸缩系统的工作原理如下：由数字控制装置发出的一定数量的脉冲，使步进电机带动电位器5的动触头转过一定
3、的角度（假定为顺时针转动），动触头偏离电位器中位，产生微弱电压，经放大器7放大成后，输入给电液伺服阀1的控制线圈，使伺服阀产生一定的开口量。这时压力油经阀的开口进入液压缸的左腔，推动活塞连同机械手手臂一起向右移动，行程为；液压缸右腔的回油经伺服阀流回油箱。由于电位器的齿轮和机械手手臂上齿条相啮合，手臂向右移动时，电位器跟着作顺时针方向转动。当电位器的中位和触头重合时，偏差为零，则动触头输出电压为零，电液伺服阀失去信号，阀口关闭，手臂停止移动。手臂移动的行程决定于脉冲数量，速度决定于脉冲频率。当数字控制装置发出反向脉冲时，步进电机逆时针方向转动，手臂缩回。,6,3 钢带张力控制系统,7,在钢带张
4、力控制液压伺服系统中，热处理炉内的钢带张力由带钢牵引辊组2和带钢加载辊组8来确定。用直流电机D作牵引，直流电机D作为负载，以造成所需张力。如果用调节系统中某一部件的位置来控制张力，由于在系统中各部件惯量大，时间滞后大，控制精度低不能满足要求，故在两辊组之间设置一液压伺服张力控制系统来控制精度。其工作原理是：在转向辊左右两侧下方各设置力传感器，把它作为检测装置，两传感器检测所得到的信号的平均值与给定信号值相比较，当出现偏差信号时，信号经电放大器放大后输入给电液伺服阀。如果实际张力与给定值相等，则偏差信号为零，电液伺服阀没有输出，液压缸保持不动，浮动辊不动。当张力增大时，偏差信号使电液伺服阀有一定
5、的开口量，供给一定的流量，使液压缸向上移动，浮动辊上移，使张力减少到一定值。反之，当张力减少时，产生的偏差信号使电液伺服阀控制液压缸向下移动，浮动辊下移，使张力增大到一定值。因此该系统是一个恒值力控制系统。它保证了带钢的张力符合要求，提高了钢材的质量。,8,1. 电液伺服系统的类型,一、分类 1.被控量：位置、速度、力 2.系统结构：开、闭 3.动力机构：阀控、泵控 4.功率值：大、小 5.信号类型：模拟、数字,9,1. 电液伺服系统的类型,二、模拟系统与数字系统,10,1. 电液伺服系统的类型,伺服阀,11,2.电液位置控制系统,一、系统的组成及方块图以带钢卷取机纠偏系统为例，其结构示意图、
6、液压系统原理图、控制系统框图如下：,12,2.电液位置控制系统,13,2.电液位置控制系统,电气系统原理图如下：,14,2.电液位置控制系统,二、主机参数及控制指标 （1）主机参数 机组最大卷取速度 钢卷最大质量 卷取机移动部分质量 纠偏速度： 对于1400机组，当 时， ；当 时， 摩擦条件：V型滚动导轨，干油润滑； 现场环境：冷轧车间，连续生产机组。,15,2.电液位置控制系统,16,2.电液位置控制系统,（2）控制指标 钢卷边缘对齐精度 ； 系统频宽 ，即 ； 纠偏速度参照上表，取 ，考虑板形等参数的影响，取 ； 纠偏加速度 ； 工作可靠，便于使用与维护。,17,2.电液位置控制系统,三
7、、系统静态设计 1、系统类型的选择及系统图的拟定选用电液伺服系统，因本系统的频宽不大，采用DY型工业用电液伺服阀。 2、油源压力的确定由于加大液压缸的有效面积，可提高系统的固有频率、允许增加系统的开环增益，有利于提高系统的精度与快速性。一般在纠偏系统中宜采用较低的油源压力及较大的液压缸有效面积。综合考虑系统的结构与流量限制，选取 ，则负载压力 。,18,2.电液位置控制系统,3、液压缸有效面积的确定 由力平衡关系 得本系统中导轨与液压缸的折算摩擦系数,19,2.电液位置控制系统,代入计算得选择液压缸活塞直径 ，活塞杆直径 ，核算液压缸有效面积,20,2.电液位置控制系统,取液压缸活塞行程 液压
8、固有频率,21,2.电液位置控制系统,4、伺服阀的选择由上述参数， ， ，以及 可得负载流量 由样本资料，选用DYC125L型伺服阀，其相关参数如下：,22,2.电液位置控制系统,阀口压降 时，伺服阀输出流量 ；时， 额定电流 ； 零偏、滞环 ，零漂 ； 频宽 ，即液压阻尼比本系统中， ，空载流量,23,2.电液位置控制系统,伺服阀增益 因为 ，所以伺服阀传递函数应以二阶形式表达，其传递函数为,24,2.电液位置控制系统,5、系统开环增益的确定由于本位置控制系统为I型系统，其速度误差为 ，可得考虑其它误差因素，取,25,2.电液位置控制系统,6.反馈传感元件的确定 由于开环增益 本系统采用直接
9、位置反馈，所以 从而伺服放大器增益,26,2.电液位置控制系统,四、系统的传递函数及特性分析 1、液压缸负载环节的传递函数该控制系统中液压缸的载荷主要为惯性负载，摩擦负载数值亦较大，但可视为扰动输入，此系统活塞位移输出与流量输入之间的传递函数,27,2.电液位置控制系统,式中，取液压阻尼比 ，则传递函数2、系统结构框图,28,2.电液位置控制系统,3、开环波德图系统开环传递函数,29,2.电液位置控制系统,系统波德图 4、控制指标分析 稳定性： 由波德图可见， 系统稳定。 幅值裕量 ， 相位裕量,30,2.电液位置控制系统,快速性：闭环系统频宽 ，大于系统要求的 ，满足要求。准确性：稳态误差为
10、可见满足要求。,31,2.电液位置控制系统,五、系统校正1.理想开环传递函数波德图,32,2.电液位置控制系统,常用校正手段 1.滞后校正 (1)提高低频段增益， 改善控制精度。 (2)降低高频段增益， 提高稳定性。 校正网络：,33,2.电液位置控制系统, ：滞后超前比，1,传递函数：,34,2.电液位置控制系统,2. 速度反馈校正: 提高回路刚度，改善精度。（回路硬件结构相应调整） 设计时加大开环增益，提高稳态精度，而 时，系统增益 ，从而稳定性好。 3. 压力反馈： 提高系统阻尼比，静刚度降低。 4.动压反馈 提高阻尼比，静刚度不变。,35,3.电液速度控制系统,一、控制系统的组成及控制
11、方式 1.电液伺服阀液压马达2.泵控马达,36,3.电液速度控制系统,二速度控制系统的分析与校正 对于一. 1.开环传递函数：稳定性极差，必须校正。,37,3.电液速度控制系统,校正网络：校正后传递函数分别增加惯性环节，积分环节。,38,4. 电液力控制系统,系统方块图： 偏差： （1）伺服放大器： （2）伺服阀： （3）负载流量线性化方程： （4）,39,4. 电液力控制系统,流量连续性方程： （5）力平衡方程：（6） 开环传递函数：,40,4. 电液力控制系统,力控制系统的检测元件多为压力传感器或力传感器，常用伺服阀可以是压力控制阀也可以是流量控制阀。压力阀本身带有压力反馈，其压力增益特性较为平缓，常用于开环压力控制。此类阀的调试较为复杂，使其应用受到一定的限制。在大流量的力控制系统中，一般可选用流量伺服阀。但流量阀的压力增益过大，因此需采用相应手段如增加油缸内泄漏、两压力管间增设节流通道、选用正开口阀、执行机构与受控对象间设置弹簧等。,
