伺服控制1章

1、1,液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成液壓伺服控制的分類液壓伺服控制的優(yōu)缺點(diǎn)液壓伺服控制的發(fā)展和應(yīng)用,本章主要內(nèi)容為 ：,第一章 緒論,2,結(jié)束The End,3,流體傳動(dòng)及控制學(xué)科——機(jī)械-電子-液壓一體化的綜合學(xué)科,有壓流體的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)了功率的傳送及傳遞。 借助計(jì)算機(jī)及其它電子元件, 流體控制元 件和 動(dòng)力元件實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)力的傳送、傳遞和高精度 的控制。,流體傳動(dòng)及控制學(xué)科定義,,4,,,,,

2、,,,,,,,,,,,密閉容器,,主動(dòng)柱塞,,從動(dòng)柱塞,,流體介質(zhì),,,,負(fù)載 F2,,面積 A2,面積 A1,,壓力 p,,主動(dòng)力 F1,5,,,,,,,,,,,,,,密閉容器,,主動(dòng)柱塞,,從動(dòng)柱塞,,流體介質(zhì),,負(fù)載 F2,,面積 A2,面積 A1,,壓力 p,,主動(dòng)力 F1,,,,v1,v2,,Q,,,6,學(xué)習(xí)本門課的目的,熟悉、理解并掌握液壓控制元件的基本特性熟悉、理解并掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。具備

3、從事液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的基本能力和進(jìn)一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。,,7,課程內(nèi)容,液壓放大元件液壓動(dòng)力元件機(jī)液伺服系統(tǒng)電液伺服閥電液伺服系統(tǒng)及設(shè)計(jì),,8,考核方式,作業(yè)（20%）期末考試（閉卷考試80分）其它規(guī)定按學(xué)校文件執(zhí)行,,9,1.1 液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成,一、液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理,,二、液壓伺服控制系統(tǒng)的組成,10,1)采用電壓比較的液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng),11,控制框圖,控制系統(tǒng)組成：被控對(duì)象指令元件比較

4、元件指令傳感器反饋傳感器動(dòng)力元件（閥、缸）,,12,2)采用電壓比較的電動(dòng)工作臺(tái)位置控制系統(tǒng),,13,,電動(dòng)力元件,控制框圖,指令電位器,,反饋電位器,,,,,電放大Ka,E,,,,Ui,E,-,,電壓比較,,UP,,,,,,,Ka,工作臺(tái),,,電機(jī),控制系統(tǒng)組成：被控對(duì)象指令元件比較元件指令傳感器反饋傳感器動(dòng)力元件（可控硅、電機(jī)）,將液壓動(dòng)力元件（伺服閥、缸）換成電動(dòng)力元件（可控硅與電動(dòng)機(jī)）,14,3)采用力

5、比較的液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng),F1=Xi*K1,F2=Xp*K2,15,控制框圖,采用力比較方式，用彈簧作為位移-力傳感器，以閥芯作為力比較元件。,,,液壓缸,1K1+K2,,,DF,-,,力比較,Ka,工作臺(tái),,16,4)采用直接位置比較的液壓工作臺(tái)位置控制系統(tǒng),,,Xi=X芯,Xp=X套,,,17,,,控制框圖,采用閥芯閥套直較方式,,,液壓缸,,,Xv,-,,位置比較,Ka,工作臺(tái),X芯,,,X套,伺服閥,,,18,,,,,,,

6、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ps,,p0,,p,1,,p,2,,A,,q,,q,,閥芯,,,輸入,,x,輸出 y,,,力矩馬達(dá),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,c,,,,PLC,位移傳感器,,,,,,,,,,A-D/D-A轉(zhuǎn)換,,工作臺(tái),,恒壓力油源,放大電路,,,,,,,,,負(fù)載,,,測(cè)量桿,,計(jì)算機(jī),,,液壓控制部分,,電子部分,5)

7、 計(jì)算機(jī)控制電液位置控制系統(tǒng),19,計(jì)算機(jī)控制電液位置控制系統(tǒng)原理框圖,20,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,XP,,,,,,,,,Xi,,,,,,升力,阻力,6) 飛機(jī)舵機(jī)機(jī)液控制系統(tǒng),pS,,,,,,,飛機(jī)舵機(jī),指令位移,,,,,,,,,舵機(jī)位移,,XP,XV,,21,,-,,杠桿比較,XP,XV,,,,,,X1,X2,22,23,,放大元件,,,,,7) 電液仿形控制系

8、統(tǒng),,,24,液壓缸及負(fù)載,,閉環(huán)控制系統(tǒng)由開環(huán)控制（動(dòng)力）和負(fù)反饋裝置兩部分組成； 負(fù)反饋裝置由比較元件、測(cè)量反饋元件、調(diào)節(jié)器構(gòu)成； 開環(huán)控制部分由放大元件（電液伺服閥）、能量轉(zhuǎn)換元件（缸）、負(fù)載構(gòu)成； 指令元件通過閉環(huán)系統(tǒng)控制被控對(duì)象，使被控位移y2跟蹤指令位移y1 。,,,放大器,,被控制對(duì)象,,,傳感2（物理量轉(zhuǎn)換）,,,,y1,E,U2,-,y2,電液仿形控制系統(tǒng)原理框圖,,擾 動(dòng),,比較,指令元件,其

9、余部分為負(fù)反饋裝置,電液伺服閥,,液壓能源,（伺放）,傳感1,,U1,I,,25,二、液壓伺服控制系統(tǒng)的組成,輸入元件反饋測(cè)量元件比較元件放大轉(zhuǎn)換元件執(zhí)行元件控制對(duì)象校正裝置液壓能源裝置,,26,1.2 液壓伺服控制的分類,一、按輸入信號(hào)分類： 1 定值控制系統(tǒng)：其本任務(wù)是抗干擾性 2 程序控制系統(tǒng)：按給定規(guī)律變化 3 伺服控制系統(tǒng)：隨動(dòng)（穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速）,二、按被

10、控物理量分類： 1 位置控制系統(tǒng)； 2 速度控制系統(tǒng)； 3 力控制系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)、負(fù)載力控制系統(tǒng) 4 加速度控制系統(tǒng) 5 壓力控制系統(tǒng),27,三、按液壓動(dòng)力元件的控制方式或液壓控制元件的形式分類： 1)節(jié)流式（閥控式）控制系統(tǒng) 閥控液壓缸系統(tǒng)、閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng) 恒壓伺服系統(tǒng)、恒流伺服系

11、統(tǒng)（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉、效率 高但閥的線性度差，用于系統(tǒng)性能要求不高的場(chǎng)合） 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快、控制精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：效率低 2)容積式（變量泵控制或變量馬達(dá)控制）控制系統(tǒng) 伺服變量泵系統(tǒng)、伺服變量馬達(dá)系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：效率高 缺點(diǎn)：響應(yīng)速度較慢、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操縱變量機(jī)構(gòu)需要單

12、 獨(dú)的能源,28,四、按控策略分類： 一般控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等。五、按信號(hào)傳遞介質(zhì)的形式分類： 1)機(jī)械-液壓 控制系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便 缺點(diǎn)：校正、增益調(diào)整不方便，摩擦間隙 應(yīng)用：響應(yīng)和精度要求不是很高的位置控制系統(tǒng) 2)電氣-液壓控制系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)

13、：綜合電氣與液壓的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)信號(hào)的測(cè)量、校正、放大比較方便，且響應(yīng)速度快，抗負(fù)載剛度大 3)氣動(dòng)-液壓控制系統(tǒng)。 偏差信號(hào)的檢測(cè)和初始放大均采用氣動(dòng)元件完成 優(yōu)點(diǎn)：氣動(dòng)測(cè)量靈敏度高、工作可靠、可在惡劣的環(huán)境中工作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：需要?dú)庠吹雀綄僭O(shè)備此外還有模擬控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)之分 。,,29,一、液壓伺服控制的優(yōu)點(diǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)： 電機(jī)：同功率時(shí)慣性大----

14、響應(yīng)慢； 液壓馬達(dá)：同功率時(shí)慣性小----響應(yīng)快。,直線運(yùn)動(dòng)： 電傳動(dòng)：齒輪+齒條+電機(jī)----慢、難； 液壓缸驅(qū)動(dòng)：----快、易。,30,設(shè)有一充滿流體的密閉容腔, 其內(nèi)流體容積 V =1L, 其內(nèi)壓力p =10MPa, 設(shè)將其內(nèi)的能量在時(shí)間間隔 t = 0.1Sec內(nèi)釋放出來我們可計(jì)算出此間的平均功率N為:,1)適應(yīng)于功率大的場(chǎng)合,31,2)適應(yīng)于要求剛度大、響應(yīng)快的場(chǎng)合,設(shè)有一液柱

15、如圖 所示，其液柱剛度 K 和液柱的固有頻率ω可由下兩式計(jì)算：,通常, 液體的體積模量E=2.1×109Pa, 當(dāng)A= 3.85×10-3m2，V=3.85×10-4m3，M=20kg時(shí), 液柱剛度 K 和液柱固有頻率ω分別為,試將此頻率與交流電的頻率比一比 !,32,3)液壓伺服系統(tǒng)抗負(fù)載的剛度大,1）液壓剛度高，允許較大的開環(huán)放大系數(shù)，故高精度，高響應(yīng)。 2）油液的可壓縮性很小

16、，泄露也很小，故速度剛度大，組成閉環(huán)時(shí)位置剛度也大?？刹捎瞄_環(huán)控制 電動(dòng)機(jī)的位置剛度接近于零，只能采用閉環(huán)控制。 氣動(dòng)系統(tǒng)由于氣體可壓縮性的影響，其剛度只有液壓系統(tǒng)1/400。,33,4)適應(yīng)于要求自動(dòng)化程度高, 要求控制精度高的場(chǎng)合,流體傳動(dòng)及控制由于其控制部分直接采用電控件，易于電控及計(jì)算機(jī)控制、可柔性大；由于系統(tǒng)剛度高，又可引入閉環(huán)控制元件，易于達(dá)到高精度的控制。 在大型設(shè)備、自動(dòng)化程度高的設(shè)備，

17、一方面要求功率大，另一方面要求精度高，由于現(xiàn)代化要求生產(chǎn)速度快、生產(chǎn)程序靈活，因此，機(jī)-電-液一體化系統(tǒng)變成為了首選。 在軍工設(shè)備方面上也是如此。,可實(shí)現(xiàn)無人化工作，控制精度可達(dá)0.1μm以上,34,5)其它優(yōu)點(diǎn),潤(rùn)滑性好，壽命長(zhǎng) 調(diào)速范圍寬，低速穩(wěn)定性好 能量存儲(chǔ)較方便（蓄能器） 過載保護(hù)容易 易冷卻,35,二、液壓伺服控制的缺點(diǎn),,1) 元件制造精度高, 通常機(jī)械精度

18、為微米級(jí), 故對(duì)顆粒雜質(zhì)的過濾要求高, 這一點(diǎn)今天在技術(shù)上已不存在任何困難，但系統(tǒng)造價(jià)高； 2) 綜合學(xué)科多, 因而技術(shù)含量高, 維護(hù)困難； 3) 易污染環(huán)境； 4) 易因堵塞造成故障； 5) 系統(tǒng)性能受油溫變化的影響（油液的體積彈性模量）； 6) 液壓能源的獲得和遠(yuǎn)距離傳輸都不如電氣系統(tǒng)方便。,36,1.4 液壓伺服控制的發(fā)展和應(yīng)用,流體