电液控制课件03

1、电液伺服阀的理论分析电液伺服阀的理论分析见：王春行主编见：王春行主编液压伺服控制系统液压伺服控制系统p.122 在电液控制系统中，一般采用电压比较反馈方式，其中的放大元件称为“电液伺服阀”。指令液压缸及负载放大器被控制对象反馈传感器EU2-y2比较电液伺服阀（伺放）U1IQ? 什么是电液伺服阀,用来干什么？u信号转换：电I液Qu功率放大：将比较误差的弱信号UI转化为驱动负载缸的大功率PQu放大过程尽量保持线性电磁换向阀电磁换向阀 电液伺服阀?iQPTAB? 电液伺服阀与电磁换向阀有何区别电液伺服阀?iQPTAB液压缸及负载放大器EU2-y2电液伺服阀U1IQ阀阀?iQqiK伺服阀模型这里不是开

2、关控制IQ是近似比例关系！? 为何电液换向阀是两级电液换向阀?iQ主滑阀先导阀电磁铁力矩马达力矩马达主滑阀主滑阀喷嘴挡板式先导阀喷嘴挡板式先导阀 ?i阀阀?iQqiK伺服阀模型Q伺服阀符号?iQ一、一、电液伺服阀的组成喷嘴挡板控制主阀实现功率放大电机转换vx喷嘴挡板阀控制主阀芯移动QQ主滑阀主滑阀（主级）主级放大元件?i力矩马达力矩马达指F?i力矩马达力矩马达指x弹簧弹簧管喷嘴挡板阀反馈随动主滑阀二级电液伺服阀的组成框图力矩马达先导随动级主阀电液伺服阀有和之分，绝大部分伺服阀为流量型伺服阀。u电液伺服阀多为两级阀；u流量型伺服阀主阀位移XP与的输入电流I成比例，为了保证主阀芯的定位控制，主阀和

3、先导阀之间设有位置负反馈；u位置反馈的形式主要有直接位置反馈和位置-力反馈两种。 例：负载压力反馈喷嘴式伺服阀 当力矩马达有输入信号电流时，力矩马达的电磁转矩使挡板偏离中间位置，控制喷嘴挡板阀4输出控制压差推动滑阀阀芯7运动，输出负载压力。 同时，负载压力通过反馈节流孔6和反馈喷嘴5对挡板产生反馈力矩，使挡板回到中间位置，前置级停止工作，滑阀阀芯也停止运动。此时，与负载压力成正比的反馈力矩等于力矩马达输入电流产生的电磁力矩，因此，伺服阀输出的负载压力与信号电流成比例。 1-上导磁体；2-衔铁；3-下导磁体；4-控制喷嘴阀；5-反馈喷嘴；6-反馈节流孔；7-阀芯；8-固定节流孔；9-过滤器；10

4、-弹簧管；11-挡板；12-线圈；13-永久磁铁9例：喷嘴挡板式位置直接反馈二级电液伺服阀 当控制电流驱动力矩马达衔铁绕其转轴3顺时针转动一个角度，使挡板4左移时，使主阀芯6左移。 此时滑阀右端压力PL1，增高，左端压力pL2下降， PL1使挡板力图逆时针偏转，当与电磁力矩平衡时，滑阀处于新的工作位置。 这种反馈形式使阀的结构简洁紧凑，且反馈无机械接触，因此分辨率高。 但是力矩马达的线性范围也就限制了主滑阀的工作行程。1-永久磁铁；2-导磁体；3-衔铁转轴；4-挡板； 5-喷嘴；6-滑阀芯；7-固定阻尼孔10负载流量反馈式伺服阀1-反馈弹簧 2-流量计 3-固定节流孔 11二、二、电液伺服阀的

5、分类u单级伺服阀u两级伺服阀u三级伺服阀1、按级数、按级数分类u位置反馈式伺服阀位置反馈式伺服阀u力反馈式伺服阀力反馈式伺服阀u流量式反馈伺服阀流量式反馈伺服阀u压力式反馈伺服阀压力式反馈伺服阀3、按阀内部反馈形式数、按阀内部反馈形式数分类u滑阀式伺服阀u喷嘴挡板式两级伺服阀u射流管式伺服阀2、按第一级阀的结构形式数、按第一级阀的结构形式数分类流量型伺服阀流量型伺服阀阀阀?iQqiK压力型伺服阀压力型伺服阀阀阀?iPPiK一、力矩马达一、力矩马达的分类电机转换力马达力马达T指i弹簧弹簧力矩马达电机转换力马达力马达xF指i弹簧弹簧力马达SSNN2i1i衔铁衔铁磁钢磁钢导磁体导磁体(一一) 工作原

6、理工作原理电机转换力马达力马达T指i弹簧弹簧力矩马达SSNN2i1i二、永磁式力矩马达二、永磁式力矩马达衔铁衔铁磁钢磁钢导磁体导磁体iTSNNNSSNSNS吸吸吸吸斥斥斥斥KtiT指imtdKiKT见见134面面(5-45)式式(二二) 力矩马达输出的电磁力矩力矩马达输出的电磁力矩SSNN2i1idT电磁力矩系数磁弹簧刚度电机转换力马达力马达指xk1指F指i三、永磁式力马达三、永磁式力马达力马达力马达 固定节流孔固定节流孔 反馈弹簧杆反馈弹簧杆 喷嘴喷嘴 挡板（导阀芯）挡板（导阀芯） 弹簧管弹簧管（扭簧）（扭簧） 主滑阀主滑阀先导级油先导级油缸左腔缸左腔先导级油先导级油缸右腔缸右腔反馈反馈弹簧

7、杆弹簧杆 一一. 工作原理工作原理挡板位移x主阀位移-力马达净刚度力马达净刚度(p.142)输入电流产生力矩反馈弹簧anKSSNNpSpS一一. 工作原理工作原理anK （1）比较方式比较方式（力矩比较）（力矩比较） fiTTTT主阀位移对挡板产生的力vffxkbrT)( fT 以挡板作为以挡板作为力比较元件力比较元件 指令力矩iTiT主阀芯位移vxvx二二. 方块图方块图 (2)方框图方框图(2) 力反馈过程框图力反馈过程框图anK主阀位移主阀位移输入电流输入电流产生力矩产生力矩挡板位移xx反馈弹簧反馈弹簧弹簧管弹簧管vx偏差力矩偏差力矩TT 以比较结果以比较结果驱 动 放 大 元驱 动 放

8、 大 元件（挡板）件（挡板）xx挡杆挡杆位移位移挡杆挡杆位移位移弹簧管弹簧管力矩力矩位移位移转换器转换器弹簧管弹簧管力矩力矩位移位移转换器转换器anKanK见见P.143vxT 被控对象被控对象 被控对象被控对象 力矩比较元件反馈杆反馈杆弹簧管弹簧管xx) 12(/22 sssAKhphphpvqp12)(1222sskbrKmfmfmffananK见见P.144vxxiTfTT 反馈杆反馈杆 阀内液压动力元件阀内液压动力元件 挡板挡板 弹簧管弹簧管 主阀芯主阀芯 力矩马达力矩马达 12)(222sskbrKrmfmfmffansAKvqp/ 三三、力反馈伺服阀的传递函数与稳定性分析、力反馈伺

9、服阀的传递函数与稳定性分析 vxxiTfTT 反馈杆反馈杆 阀内液压动力元件阀内液压动力元件 挡板挡板 弹簧管弹簧管 主阀芯主阀芯 1tKi力矩马达力矩马达12)(222sskbrKrmfmfmffansAKvqp)(力矩马达力矩马达主阀芯主阀芯简化依据见简化依据见P.1464:,mfvfcbK伺服阀频宽为了保证稳定i主滑阀力矩马达力矩马达指T力矩马达fTiqKLQvx主滑阀vx指TqKLQtK)(1brkf弹簧杆反馈c指T力矩马达fTiqKLQvx主滑阀i主滑阀力矩马达力矩马达vx指TqKLQtK弹簧杆反馈)(1brkf)(1brkf增益称为电液伺服阀的流量svqftLsvKKbrkKiQK

10、)(1简化依据见简化依据见P.148vx)(1brkfiTtKi力矩马达力矩马达力反馈闭环力反馈闭环SSNNpSpS伺服阀位移增益Kxv力反馈力反馈伺服阀的简化模型isvKQQqKvx)(1brKfiTtKi力矩马达力矩马达力反馈闭环力反馈闭环主阀主阀SSNN伺服阀的流量增益Ksv) 12)(1(220ssKsKIQmfmfmfvfsv力反馈力反馈伺服阀的闭环传递函数S流量型伺服阀阀位流量型伺服阀阀位移移X XP P与输入电流与输入电流I I成成比例；比例；S主阀和先导阀之间主阀和先导阀之间有位置负反馈；有位置负反馈；S直接位置反馈直接位置反馈和是和是指主阀芯随着导阀指主阀芯随着导阀芯动芯动

11、关于不同反馈形式的伺服阀的分析可阅读相关参考文献关于不同反馈形式的伺服阀的分析可阅读相关参考文献,不讲解不讲解.跳到跳到56帧帧p.141理想力马达理想力马达 U I=F vFIUvtKtK理想力马达理想力马达数学模型数学模型一一 永磁动圈式永磁动圈式力马达力马达驱动阀芯S驱动6毫米以下滑阀芯，推力约30N（3kgf）；S力马达将电流 I 转换为线圈推力F。 电机转换Kt指xk1iFivxxex主阀芯与导阀套连主阀芯与导阀套连XeXX芯X套套Xv带带2 2个固定节流孔的导阀个固定节流孔的导阀控制液控制液压缸带动主阀芯压缸带动主阀芯XeXX芯芯X套套vxxex)12(/22 sssAKhphph

12、pvqp二、直接反馈伺服阀控制框图二、直接反馈伺服阀控制框图1、采用阀芯、阀套直接比较法；、采用阀芯、阀套直接比较法；2、导阀芯导阀套、导阀芯导阀套直接比较直接比较、通过刚性连接、通过刚性连接直接（测量）反馈直接（测量）反馈；3、放大元件放大元件为导阀部分为导阀部分、缸、缸是主阀两端部分是主阀两端部分； 4、指令元件指令元件是线圈，是线圈，被控对象被控对象是主阀芯，使主阀芯位移跟是主阀芯，使主阀芯位移跟踪动圈的指令位移踪动圈的指令位移 。主阀两端缸主阀两端缸及主阀阻力及主阀阻力导阀芯阀导阀芯阀套比较套比较线圈线圈导阀导阀指ivx指x阀阀iLQqiK伺服阀用机液伺服机构驱动主阀力马达LQvx四通

13、阀阀控缸四通阀阀控缸（先导级）主阀主阀KqKt指xk1vxiFi主级放大元件pL, QLSSNNpSp1p2iu 主阀两端压差通过弹簧转化为主阀芯位移主阀两端压差通过弹簧转化为主阀芯位移; ; u 主阀和先导阀之间没有位置负反馈。主阀和先导阀之间没有位置负反馈。 这种伺服阀内部属于开环控制，阀的滞环大，分辨率低。现在已不生产。u射流管代替喷嘴作导阀射流管代替喷嘴作导阀，射流管，射流管由力矩马达带动偏转由力矩马达带动偏转射流管射流管u从射流管喷射出的油进入与滑从射流管喷射出的油进入与滑阀两端分别相通的两接收孔中，阀两端分别相通的两接收孔中，推动阀芯移动推动阀芯移动接收孔接收孔主阀和射流之主阀和射

14、流之间也有力反馈间也有力反馈弹簧杆弹簧杆 这种伺服阀这种伺服阀抗污染抗污染能力强能力强! !u双喷挡阀、射流管阀都是力反馈型伺服阀，线性度好，双喷挡阀、射流管阀都是力反馈型伺服阀，线性度好，零漂小。零漂小。u双喷挡阀的喷嘴间隙小，易被污物卡住双喷挡阀的喷嘴间隙小，易被污物卡住; ;射流管阀不易射流管阀不易堵塞，抗污染性好。堵塞，抗污染性好。 u射流管阀具有射流管阀具有“失效对中能力失效对中能力”; ;u射流管阀动态性能稍低于喷挡阀。射流管阀动态性能稍低于喷挡阀。一、静态特性一、静态特性l流量特性曲线l压力特性曲线l内泄漏特性曲线(一)、负载流量特性(二)、空载流量特性主要静态性能指标：主要静态

15、性能指标：流量特性曲线：线性度，对称性，滞环，零位特性，分辨率；线性度，对称性，滞环，零位特性，分辨率；压力特性曲线：压力增益压力增益内泄漏特性曲线：内泄内泄见见p.154（二）流量特性曲线的测量（二）流量特性曲线的测量滞环i?iQ(2)零偏：由于结构、电磁性零偏：由于结构、电磁性能、水力特性和装配等方面的能、水力特性和装配等方面的影响，在控制电流为零时，输影响，在控制电流为零时，输出流量不为零而需附加一个电出流量不为零而需附加一个电流。該值与额定电流的比值称流。該值与额定电流的比值称零飘或零偏。零飘或零偏。附加(二)空载流量特性曲线u流量增益u线性度u对称度u分辨率线性度（三）压力特性曲线

16、压力特性曲线是输出流量为零(两个负载油门关闭两个负载油门关闭)时，负载压降PL与输入电流i间的函数曲线。?iPST21PPPLAB实际的压力特性曲线实际的压力特性曲线是负载是负载压降压降与输入与输入电流电流呈回环状的函数曲线。呈回环状的函数曲线。?iPST21PPPL1PAB2P斜率为斜率为压力增益压力增益u压力增益低，控制精度低！压力增益低，控制精度低！（四）内泄漏特性曲线主滑阀泄漏主滑阀泄漏喷嘴流量喷嘴流量u泄漏大，压力增益低，控制精度低！泄漏大，压力增益低，控制精度低！（五）零漂零偏零偏u零偏随压力温度等变化称为零漂零偏随压力温度等变化称为零漂（六）零区特性u线性度和对称度线性度和对称度

17、：影响伺服系统的精度，对速度：影响伺服系统的精度，对速度控制系统影响最直接、最大。控制系统影响最直接、最大。u零位区域特性零位区域特性：对位置控制精度影响较大。：对位置控制精度影响较大。u分辨率分辨率：精度要求较高的系统对分辨率要求高，：精度要求较高的系统对分辨率要求高，另一种办法就是添加颤振信号。另一种办法就是添加颤振信号。u压力增益压力增益：位置控制系统要求压力增益尽可能高。：位置控制系统要求压力增益尽可能高。 二、 动态特性u-3dB-3dB频宽频宽-3dB频宽频宽170Hz见见P.159三、输入特性三、输入特性线圈接法线圈接法 1、图5-5所示力反馈两级电液伺服阀由哪几部分组成?各部分的作用是什么？其内部如何实现力-位置反馈？谁是比较元件、指令元件？阀的内力反馈系统中，哪一部分是放大元件,是什么桥路？2、图5-11所示直接反馈两级滑阀式伺服阀的内部如何实现直接位置反馈？谁是比较元件、指令元件？阀内直接位置反馈系统中，哪一部分是放大元件,是什么桥路？3、永