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电液伺服控制系统的应用研究 【摘要】电液伺服控制是液压技术领域的重要分支。多年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率重量比和大功率液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。特别是控制理论在液压系统中的应用、计算及电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在元件和系统方面、理论与应用方面都日趋完善和成熟，并形成一门学科。目前液压技术已经在许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门及飞机、船舶部门等。我国于50年代开始液压伺服元件和系统的研究工作，现已生产几种系列电液伺服产品，电液伺服控制系统的研究工作也取得很大进展。 【关键词】电液 伺服控制 应用 中图分类号：O434.19 文献标识码：A 文章编号： 1、电液控制系统的特点、构成及分类 电液控制系统是一门比较年轻的技术，它的发展和普遍应用还不到50年，然而，凭借它的优点却形成了流体传动与控制的一个重要分支，并成为现代控制工程的基本技术构成之一。 1.1电液控制系统的特点 1) 液压执行元件的功率-重量比和转矩-惯性矩比(或力-质量比)大，具有很大的功率传递密度，可以构成体积小、重量轻、响应速度快的大功率控制单元。 2) 液压系统的负载刚度大，精度高。由于液压杠、执行元件的泄漏很少，液体介质的体积弹性模量又很大，故具有较大的速度-负载刚性，即速度-力或转速-力矩曲线斜率的倒数很大，因此有可能用于开环系统。用于闭环系统时则表现为位置刚度大，其定位精度受负载变化的影响小。 3) 液压控制系统可以安全，可靠并迅速地实现频繁的带负载启动和制动，进行正反向直线或回转运动和动力控制，而且具有很大的调速范围。 电气或电子技术和液压传动及控制相结合的产物-电液控制系统兼备了电气和液压的双重优势，形成了具有竞争力和自身技术特点。 当然，在某些场合下，指令和反馈元件也可全部采用机械、气动或液压元件，此时，即称为机械-液压控制系统和气动-液压控制系统。 1.2 电液控制系统的构成 工程实际中系统的指令及放大单元多采用电子设备。电机械转换器往往是动圈式或动铁式电磁元件和伺服电机、步进电机等。液压转换及放大器件可以是各类开关式，伺服式和比例式器件实际上是一功率放大单元。液压执行元件通常是液压缸和液压马达，其输出参数只能是位移、速度、加速度和力或者转角、角速度、角加速度和转矩。测量和反馈器件是将上述执行元件输出的动力参数或者其它中间状态变量加以检测并转换为反馈量，既可以采用电信号反馈至指令放大器，亦可以采用机械或液压方式反馈至电-机械转换器的输出端。 1.3 电液控制系统的分类 电液控制系统可按是否采用反馈可分为开环控制系统和闭环控制系统。 1) 开环控制系统:若系统的输出量对系统的控制作用不产生影控制系统一般不存在所谓的稳定性问题。 闭环控制系统:闭环控制系统也就是反馈控制系统。输入信号和反馈信号作用于放大单元和执行部件，使系统的受控对象的输出量趋近于期望值。闭环系统的优点是对内部和外部干扰不敏感，但反馈带来了系统的稳定性问题。 如果按输入信号或受控输出参数的特性来分，闭环控制系统又可分为伺服控制系统、自动调整系统和过程控制系统三类: 1) 伺服控制系统:这种系统的输出量能跟踪随机指令信号的变化，其受控量多是位移、速度、加速度、也可以是力和力矩。它被广泛应用于飞机、船舶和雷达的运动控制。 2) 自动调整系统:这是一种输出量是常量或随时间变化得很慢的反馈控制系统。其任务是在内外干扰作用下保持系统输出量为期望值。例如:恒温调节系统、动力机械的调速系统均是典型的自动调节系统。 3) 过程控制系统:该系统的输出量是给定的时间函数实现控制的。这类系统被广泛应用于化工、冶金、造纸、食品等工业的工艺过程参数控制，如温度、压力、流量等。 2、电液伺服控制系统的工作原理 由机、电、液共同构成电液伺服控制系统，由自控系统发出的指令信号，在伺服控制器中与油缸的实际位置信号相比较，成为误差的信号放大后，送入电液伺服阀。伺服阀按一定的比例将电流信号转变成液压油量量推动油缸运动。由位置传感器发出的反馈信号不断改变，直至于指令信号相等时，油缸停止运动。油缸停在指定的位置上，使透平静叶稳定在一定的开度上。油缸的直线运动、 通过一套曲柄转变成阀板（静叶）的旋转运动，改变阀板或静叶的工作开度。随着系统信号的不断变化，透平静叶的开度也将不断改变，并通过静叶开度的变化，达到控制转数，控制煤气流量、控制透平出力大小的目的。 3、电液伺服控制系统的优点 电液伺服系统有许多优点，其中最突出的就是响应速度快、输出功率大、控制精确性高，因而在航空、航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到了广泛的应用。电液伺服技术是实现动态高周疲劳、程控疲劳和低周疲劳以及静态的恒变形速率、恒负荷速率和各种模拟仿真试验系统的最佳技术手段。 使用电液伺服阀对疲劳试验机进行控制，可以实现精确、连续的压力控制，不仅能瞬时输出尖端脉冲，而且可以由计算机控制其输出三角波、方波或正弦波，使得疲劳试验机的功能得以大大加强。不但可以做动态疲劳试验，还可以做试件的静态性能试验。而且由于在动态疲劳试验中使用电液伺服阀进行载荷控制，可以精确地控制输出最小试验负荷和最大试验负荷，不会产生由于负荷输出不准确带来的疲劳寿命的测量误差。 参考文献 杨征瑞，花克勤，徐轶，电液比例与伺服控制，冶金工业出版社，2009 杨征瑞，液压伺服与电液比例控制课程设计指导书，上海应用技术学院，2009 王显正，莫锦秋 王旭永，控制理论基础，科学出版社，2008 成大先，机械设计手册（第五版），化学工业出版社，2010 贾铭心，液压传动与控制（第二版），国防工业出版社，2008 国家机械工业局.编.中国机电产品目录（3）.北京:机械工业出版社.2000.6 董景新.赵长德.熊沈蜀.郭美凤.控制工程基础（第二版）.北京: 清华大学出版社.2003.8 王慧.隗金文.液压传动.沈