机电一体化系统设计液压伺服系统

1、液压伺服系统及其应用摘要：随着液压伺服控制技术的飞速开展，液压伺服系统的应用越来越广泛。本文旨在介绍液压伺服系统的组成与工作原理，并进一步探讨液压伺服系统的优点和缺点，并结合其应用，以期能够对液压伺服系统有更深入的认识。关键词：液压伺服系统；组成；工作原理；优点缺点；应用Hydraulic servo system and its applicationAbstract: With the hydraulic servo control technology, the rapid development of the hydraulic servo system used more widel

2、y. This paper aims to introduce the hydraulic servo system composition and working principle, and further discussed the hydraulic servo system of the advantages and disadvantages, and combined with its application, in order to be able to hydraulic servo system has a more in-depth understanding.Keywo

3、rds: hydraulic servo system; composition; principle of work, advantages disadvantages; application前言随着机电一体化的进程不断加快，技术装备的工作精度、响应速度和自动化程度的要求不断提高，对液压控制技术的要求也越来越高，文章基于此，首先介绍了液压伺服控制系统的组成及其工作原理，并进一步探讨了其优点和缺点，并通过实例应用与分析，更深一步地表达了液压伺服系统的实用性。1 液压伺服系统定义液压伺服系统是一种自动控制系统，其控制技术是反响控制技术、电子技术与液压技术相互结合而产生的。在这种系统中，执行元件

4、的运动跟随控制元件或输入信号运动的改变而变化，所以又称为随动系统，也称为跟踪系统，其输出能自动、快速而准确的复现输入量的变化规律。液压伺服系统具有重量轻，体积小、反响快、系统刚度大和伺服精度高等优点，因而在机械、船舶、航空、冶金和化工部门中得到广泛的应用。2 液压伺服系统的组成液压伺服系统是由以下一些根本元件组成：1输入元件将给定值加于系统的输入端的元件。该元件可以是机械的、电气的、液压的或者是其它的组合形式。2检测反响元件测量系统的输出量并转换成反响信号的元件。各种类形的传感器常用作反响测量元件。3比拟元件将输入信号与反响信号相比拟，得出误差信号的元件。4放大、能量转换元件将误差信号放大，并

5、将各种形式的信号转换成大功率的液压能量的元件。电气伺服放大器、电液伺服阀均属于此类元件；5执行元件将产生调节动作的液压能量加于控制对象上的元件，如液压缸或液压马达。6控制对象各类生产设备，如机器工作台、刀架等。3 液压伺服系统的工作原理3.1 根本原理液压伺服控制系统是以液压伺服阀和液压执行元件为主要元件组成的控制系统，是一种高精度的自动控制系统。液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。3.2 原理分析如右图所示，系统由滑阀1和液压缸2组成，阀体与缸体固定，液压泵以恒定的压力P向系统供油。当阀心处于中间时

6、，阀口关闭，缸不动，系统静止。当阀心右移x，那么a、b处有开口xv=x,压力油进入缸右腔，左腔回油，缸体右移。由于缸体与阀体刚性固连，阀体也随缸体一起右移，结果使阀的开口xv减小。当缸体位移y等于阀心位移x时，缸不动。如果阀心不断右移，缸拖动负载不停右移。如果阀心反向运动，液压缸也反向运动。3.3 液压伺服系统特点由上分析可知液压伺服系统的特点：1它是反响系统把输出量的一局部或者全部按照一定方式送回输入端，并和输入信号比拟，这就是反响作用。2靠偏差工作要使执行元件输出一定的位移，滑阀必须具有一定的开口量，因此输出与输入之间必须有偏差信号，执行元件的运动又试图消除这个偏差。但是在伺服系统中任何时

7、间都不能完全消除这个偏差，伺服系统正是依靠这一偏差信号进行工作的。3它是放大系统执行元件输出的位移远远大于输入信号的位移，其输出的能量是由液压能源供应的。4它是跟踪系统执行元件的输出量完全跟踪输入信号的变化。综上所述，液压伺服控制系统的根本原理：利用反响信号与输入信号相比拟得出偏差信号，该偏差信号控制液压能源输入到系统的能量，使系统向减小偏差的方向变化，直至偏差等于零或足够小，从而使系统的实际输出与希望值相等。换句话说，系统是这样工作的，在输入作用阀芯位移x的开始阶段，输出元件液压缸还没有运动，输入和输出间有“差，这个“差 使输出元件运动，运动反过来使“差减小，直至“差为零或接近于零为止。4

8、液压伺服系统的优缺点4.1 液压伺服系统的优点可归纳成以下几点 1)液压执行机构的动作快，换向迅速就流量速度的传递函数而言，根本上是一个固有频率很大的振荡环节，而且随着流量的加大和参数的最正确匹配可以使固有频率增大到和电液伺服阀的固有频率相比。电液伺服阀的固有频率一般在100HZ以上，因而液压执行机构的频率响应是很快的，而且易于高速启动、制动和换向。与机电系统执行机构相比，固有频率通常较高。 2)液压执行机构的体积和重量远小于相同功率的机电执行机构的体积和重量因为随着功率的增加液压执行机构如阀、液压缸或马达的体积和重量的增加远比机电执行机构增加的慢，这是因为前者主要靠增大液体流量和压力来增加功

9、率，虽然动力机构的体积和重量也会因此增加一些，但却可以采用高强度和轻金属材料来减少体积和重量。 3)液压执行机构传动平稳、抗干扰能力强特别是低速性能好，而机电系统的传递平稳性较差，而且易受到电磁波等各种外干扰的影响。 4)液压执行机构的调速范围广，功率增益高。 4.2 液压伺服系统的缺点可归纳成以下几点 1)液压信号传递速度慢不易进行校正，而电信号那么是按光速来传递信息，而且易于综合和校正。 2)液压伺服系统的结构复杂、加工精度高，因而本钱高。 3)液体的体积弹性模数随温度和混入油中的空气含量而变当温度变化时对系统性能有显着影响。与此相反，温度对气体的体积弹性模数影响很小，因此对气动控制系统的

10、工作性能影响不大。温度对液体的粘度影响很大，低温时摩擦损失增大；高温时泄漏增加，并容易产生气穴现象。 4)漏油是液压系统的弱点，它不仅污染环境，而且容易引发火灾，并可造成执行机构堵塞。5 液压伺服系统应用随着科技的不断开展，对工业设备运行的准确性要求越来越高。对系统控制精确度要求也越来越高。液压伺服控制系统集中、体积小、重量轻，但可控制大功率负载，因而得到广泛应用。在国防工业中，用于飞机的操纵系统、导弹的自动控制系统、火炮操纵系统、坦克火炮稳定装置、雷达跟踪系统和舰艇的操舵装置等。在民用工业中，用于仿形机床、数控机床、电火花加工机床；船舶上的舵机操纵和消摆系统；冶炼方面的电炉电极自动升降恒功率

11、控制系统；试验装置方面的振动试验台、材料试验机、轮胎试验机等；锻压设备中的挤压机速度伺服、油压机的位置同步伺服；轧制设备中的轧机液压压下、带材连续生产机的跑偏控制、张力控制；燃气轮机及水轮机转速自调系统等。例如：机械手伸缩液压伺服系统。机械手应能按要求完成一系列动作，包括伸缩、回转、升降、手腕动作等。现仅以伸缩运动伺服系统为例，介绍其工作原理，其它动作原理均相同。图示系统主要由电放大器1、电液伺服阀2、液压缸3、机械手手臂4、齿轮齿条机构5、电位器6和步进电动机7等元件组成。指令信号由步进电动机发出。步进电动机将数控装置发出的脉冲信号转换成角位移，其输出转角与输入脉冲数成正比，输出转速与输入脉

12、冲频率成正比。步进电动机的输出轴与电位器的动触头连接。电位器输出的微弱电压经放大器放大后，产生相应的信号电流控制电液伺服阀，从而推动液压缸产生相应的位移。其位移又通过齿条带动齿轮转动。由于电位器固定在齿轮上，因此，最终又使触头回到中位，从而控制机械手的伸缩运动。其工作过程如下：当数控装置发出一定数量的脉冲时，步进电机就带动电位器的动触头转动，假定顺时针转过一定的角度，这时，电位器输出电压为u，经放大器放大后输出电流I，使电液伺服阀产生一定的开口量。这时，电液伺服阀处于左位，压力油进入液压缸左腔，推动活塞带动机械手手臂右移，液压缸右腔回油经伺服阀流回油箱。此时，机械手手传上的齿条带动齿轮也作顺时

13、针转动，当转到f=时，动触头回到电位器中位，电位器输出电压为零，放大器输出电流也为零，电液伺服阀回到零位，没有流量输出，手臂即停止运动。当数控装置发出反向脉冲时，步进电动机逆时针方向转动，机械手手臂缩回。6 总结液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。通过本文的介绍，让我们更好的了解了液压伺服系统，并对其有了更深入的认识，这对液压伺服系统今后的开展有着很大的意义，对其未来的进步和完善有很大的指导作用。参考文献：1 李建勇.机电一体化技术M.