電液控制課件

1、電液控制工程1本課程教學內容與學時分配緒論 （4h）液壓放大元件 （10h）液壓動力機構 （8h）機液伺服系統(tǒng) （2h）電液伺服閥 （8h）電液伺服系統(tǒng) （6h）伺服閥的性能實驗 （2h）2參考書目王春行主編液壓控制系統(tǒng)北京：機械工業(yè)出版社，2002 關景泰機電液控制技術同濟大學出版社 HE梅里特著陳燕慶譯液壓控制系統(tǒng)北京：科學出版社，1976 李洪仁著液壓控制系統(tǒng)北京：國防工業(yè)出版社，1981 劉長年著液壓伺服系統(tǒng)的分析與設計北京：科學出版社，1985 345678910111213141516第一章 緒論1.1 伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成 液壓伺服控制系統(tǒng)是以液壓動力元件作驅動裝置所組成

2、的反饋控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，輸出量（位移、速度、力等）能夠自動地、快速而準確地復現輸入量的變化規(guī)律，與此同時，還對輸入信號進行功率放大，因此也是一個功率放大裝置。 1718輸出位移能夠自動地、快速而準確地復現輸入的位移變化。原因：閥體與液壓缸缸體剛性的連接在一起，構成了負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。液壓缸的輸出位移能夠連續(xù)不斷的反饋到閥體上，與滑閥閥芯的輸入位移相比較，得出兩者之間的偏差，這個偏差就是開口量。有開口量就有壓力油輸入到液壓缸，驅動液壓缸運動（減小偏差），直到輸入位移與輸出位移相一致為止。系統(tǒng)靠偏差來工作的。1920另一方面，該系統(tǒng)移動閥芯所需的信號功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以很大，故也

3、是一個功率放大裝置。液壓能的控制是靠偏差的大小控制的，因此伺服系統(tǒng)也是一個控制液壓能源輸出的裝置21上圖中輸出量為位移，故可稱為位置伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，輸入信號與反饋信號都是由機械構件完成的，故也稱為機械液壓伺服控制系統(tǒng)。液壓元件為滑閥節(jié)流原理工作，故也稱為節(jié)流式或者閥控式液壓伺服系統(tǒng)。2223電液伺服閥作為液壓控制元件閥控式電液位置伺服系統(tǒng)24液壓馬達變量泵泵控式電液速度控制系統(tǒng)原理圖2526系統(tǒng)中，內部控制回路可以是閉合的也可以不是閉合的。當是閉合時，消除了液壓泵變量液壓缸的積分作用，使前置級不再帶有積分環(huán)節(jié)，整個系統(tǒng)成為0型系統(tǒng)。不是閉合時，整個系統(tǒng)即為1型系統(tǒng)。在控制回路閉合情況下

4、，將速度指令改為位置指令，測速電機改為位置傳感器，就成為泵控式電液位置伺服系統(tǒng)。271.1 伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成(續(xù))1 輸入元件電位器、計算機等2 反饋測量元件各種傳感器3 比較元件 給出偏差信號4 放大轉換元件（機）電液伺服閥5 執(zhí)行元件液壓缸、液壓馬達6 控制對象負載28反饋測量元件29放大轉換元件30執(zhí)行元件311.2 液壓伺服控制的分類 1 按系統(tǒng)輸入信號的變化規(guī)律分 定值控制系統(tǒng)輸入信號為定值 程序控制系統(tǒng)輸入信號按給定的規(guī)律變化 伺服控制系統(tǒng)輸出量能夠準確、快速地復 現輸入量的變化規(guī)律 321.2 液壓伺服控制的分類(續(xù))2 按被控物理量的名稱不同分 位置伺服控制系統(tǒng) 速

5、度伺服控制系統(tǒng) 力控制系統(tǒng) 其它物理量的控制系統(tǒng)331.2 液壓伺服控制的分類(續(xù))3 按液壓動力元件的控制方式或元件的形式分 閥控：響應速度快、控制精度高、結構簡單，但效率低泵控：效率高，響應速度較慢，結構復雜，操作變量機構所需力較大，需專門的操作機構閥控系統(tǒng)分為 恒壓伺服系統(tǒng)與恒流伺服系統(tǒng)341.2 液壓伺服控制的分類(續(xù))4 按信號傳遞介質的形式分類機械液壓伺服系統(tǒng)輸入信號、反饋信號、比較均用機械部件實現電氣液壓伺服系統(tǒng)均用電子元件實現氣動液壓伺服系統(tǒng)氣動元件實現靈活性、可靠性、維護性、結構復雜性351.3 液壓伺服控制的優(yōu)缺點1 優(yōu)點a. 液壓元件的功率重量比和力矩慣量 比（或力質量比

6、）大體積小，重 量輕，加速度性好b. 液壓動力元件快速性好，系統(tǒng)響應快c. 液壓伺服系統(tǒng)抗負載的剛度大361.3 液壓伺服控制的優(yōu)缺點(續(xù))2 缺點a. 抗污染能力差，對工作油液的清潔度高b. 油液的體積彈性模量隨油溫和混入的空 氣含量而變化c. 密封不當，容易引起外漏，造成環(huán)境污染d. 精度要求高，成本高e. 液壓能源獲得與遠距離傳輸不如電氣系統(tǒng) 371.4 液壓伺服控制的發(fā)展和應用 液壓伺服控制是一門新興的科學技術，是液壓技術的一個分支，也是控制領域的一個分支。 在武器自動化和工業(yè)自動化應用的較多。而今，凡是需要大功率、快速、精確反應的控制系統(tǒng)，都可以應用液壓伺服控制技術38第二章 液壓放

7、大元件也稱為液壓放大器，是一種以機械運動來控制流體動力的的元件。在液壓伺服系統(tǒng)中，它將輸入的機械信號（位移、轉角）轉換為液壓信號（流量、壓力）輸出，并進行功率放大。因此，它既是一種能量轉換元件，也是一種功率放大元件。包括滑閥、噴嘴擋板閥和射流管閥。結構型式、工作原理、靜態(tài)特性、設計準則392.1 圓柱滑閥的結構型式及分類閥是液壓伺服系統(tǒng)中的一種主要控制元件，它的靜態(tài)、動態(tài)特性對液壓伺服系統(tǒng)有很大的影響。結構簡單、單位體積輸出功率大、工作可靠、動態(tài)特性好是其優(yōu)點。40412.1 圓柱滑閥的結構型式及分類(續(xù))1 按進出閥的通道數劃分 四通閥、三通閥、二通閥2 按滑閥的工作邊數劃分 四邊滑閥、雙邊

8、滑閥及單邊滑閥3 按滑閥的預開口形式劃分 正開口（負重疊）、零開口（零重疊） 負開口（正重疊）4 按閥套窗口形狀劃分（矩形、圓形、三角形）5 按閥芯的凸肩數目劃分（二、三、四凸肩滑閥）4243442.2 滑閥靜態(tài)特性的一般分析452.2 滑閥靜態(tài)特性的一般分析(續(xù))46472.2 滑閥靜態(tài)特性的一般分析(續(xù))48一、壓力流量方程一般表達式49二、滑閥的靜態(tài)特性曲線滑閥的靜態(tài)特性可以用靜態(tài)特性曲線表達5051三、閥的線性化分析52三、閥的線性化分析（續(xù)）53三、閥的線性化分析（續(xù)）542.3 零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性552.3 零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性56二、實際零開口四邊滑閥的靜態(tài)特性閥芯與閥

9、套間的徑向間隙油液的動力粘度572.4 正開口四邊滑閥的靜態(tài)特性正開口量582.5 雙邊滑閥的靜態(tài)特性592.5 雙邊滑閥的靜態(tài)特性602.5 雙邊滑閥的靜態(tài)特性612.5 雙邊滑閥的靜態(tài)特性（續(xù)）622.6 滑閥受力分析主要考慮滑閥受到的液動力，分為穩(wěn)態(tài)液動力與瞬態(tài)液動力。穩(wěn)態(tài)液動力與滑閥開口量成正比，瞬態(tài)液動力與滑閥開口量變化率成正比。632.6 滑閥受力分析（續(xù)）液流經過閥口時。由于流動方向和流速的改變，閥芯上會受到附加的作用力。在閥口開度一定的穩(wěn)定流動情況下，液動力為穩(wěn)態(tài)液動力。當閥口開度發(fā)生變化時，還有瞬態(tài)液動力作用。穩(wěn)態(tài)液動力可分為軸向分力和徑向分力。由于一般將閥體的油腔對稱的設置

10、在閥芯的周圍，因此沿閥芯的徑向分力互相抵消了，只剩下沿閥芯軸線方向的穩(wěn)態(tài)液動力。642.6 滑閥受力分析（續(xù)）652.6 滑閥受力分析（續(xù)）由于射流角90度，所以穩(wěn)態(tài)液動力的方向總是指向使閥口關閉的方向。p一定時，穩(wěn)態(tài)液動力與閥的開口量成正比彈性力實際的閥受徑向間隙和工作圓邊的影響，使過流面積增大，射流角減小，從而使穩(wěn)態(tài)液動力增大。662.6 滑閥受力分析（續(xù)）672.6 滑閥受力分析（續(xù)）682.6 滑閥受力分析（續(xù)）穩(wěn)態(tài)液動力一般都很大，是滑閥的主要阻力。 例：全周開口，直徑0.012m的閥芯，ps140105Pa,空載時的動力剛度Kf02.27105N/m,如果閥芯的最大位移5104m時

11、，空載的穩(wěn)態(tài)液動力Fs0114N 考慮采用二級滑閥。697071三、瞬態(tài)液動力72三、瞬態(tài)液動力(續(xù))73三、瞬態(tài)液動力(續(xù))瞬態(tài)液動力與閥芯的移動速度成正比，起粘性阻尼作用。方向始終與腔內液體的加速度方向相反。阻尼系數Bf與長度L有關，稱L為阻尼長度74四、滑閥的驅動力752.7 滑閥輸出功率及效率76772.7 滑閥輸出功率及效率（續(xù)）782.7 滑閥輸出功率及效率（續(xù)）上述分析表明，在PL2/3 Ps時，整個液壓伺服系統(tǒng)的效率最高，同時閥的輸出功率最大。 取PL2 Ps/3作為閥的設計負載壓力，同時，在PL0.5d;為了避免流量飽和現象，閥腔通道內的流速不應過大，應使閥腔通道的面積為控制

12、窗口面積的4倍以上全周開口的滑閥不產生流量飽和的條件！84流量飽和現象852.9 噴嘴擋板閥與滑閥相比，結構簡單，加工容易，運動部件質量小，對油液污染不太敏感。但零位泄漏流量大，故只適合于小功率系統(tǒng)。在兩級液壓放大器中，多采用噴嘴擋板閥作為第一級。86872.9 噴嘴擋板閥（續(xù)）噴嘴擋板閥固定節(jié)流孔噴嘴擋板可變節(jié)流孔Pc屬于三通閥，只能控制差動油缸88是4通閥，可以控制雙作用液壓缸892.10 射流管閥射流管閥射流管接收器接液壓缸2端可轉動屬于4通閥，能控制雙作用液壓油缸902.10 射流管閥(續(xù))優(yōu)點：1)抗污能力強，對油液的清潔度要求不高2)壓力恢復系數和流量恢復系數高，效率較高，可以作為

13、前置放大元件。缺點：1)由于射流力的作用，容易產生振動2)射流管慣量較大，動態(tài)特性不如噴嘴擋板閥3)零位泄漏量大4)粘性特性影響較大91第二章習題1 思考題 2、4、5、6、7、122 習題 1、2、392第三章 液壓動力元件液壓動力元件是由液壓放大元件和液壓執(zhí)行元件組成。放大元件液壓控制閥、伺服變量泵執(zhí)行元件液壓缸與液壓馬達故有：閥控液壓缸、閥控液壓馬達泵控液壓缸、泵控液壓馬達前兩種稱為閥控（節(jié)流控制）系統(tǒng)后兩種稱為泵控（容積控制）系統(tǒng)933.1 四通閥控制液壓缸液壓動力元件的動態(tài)特性在很大程度上決定著整個系統(tǒng)的性能。在得到動力元件的傳遞函數過程中，需要三個基本方程。閥控流量方程液壓缸流量連續(xù)性方程液壓缸和負載的力平衡方程94953.1 四通閥控制液壓缸（續(xù)）963.1 四通閥控制液壓缸（續(xù)）液壓缸內泄漏系數液壓缸外內泄漏系數有效體積彈性模量液壓缸進油腔容積973.1 四通閥控制液壓缸（續(xù)）活塞及負載折算到活塞上的總質量活塞