伺服控制5章

1、1,電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件。 電液伺服閥是液壓控制系統(tǒng)的核心元件。 電液伺服閥控制精度高，響應(yīng)速度快。 根據(jù)輸出液壓信號的不同，電液伺服閥分為電液流量控制伺服閥和電液壓力控制伺服閥,電液伺服閥概述,2,5.1 電液伺服閥的組成及分類,電液伺服閥 = 力矩馬達(dá)（或力馬達(dá)）+液壓放大器+反饋機(jī)構(gòu)

2、 （或平衡機(jī)構(gòu)）,力矩馬達(dá)（或力馬達(dá)）：將電氣信號轉(zhuǎn)換為力矩或力,液壓放大器：控制流向液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量或壓力,閥流量較大時，采用兩級或三級電液伺服閥的形式。包括液壓前置級和功率級,液壓前置級：單（雙）噴嘴擋板閥、滑閥、射流管閥、射流元件,功率級：滑閥,一、電液伺服閥的組成,3,反饋機(jī)構(gòu)（或平衡機(jī)構(gòu)）：使伺服閥的輸出壓力或流量與輸入

3、 電氣控制信號成比例，使伺服閥本身 成為閉環(huán)系統(tǒng),平衡機(jī)構(gòu)：用于單級伺服閥和兩級彈簧對中式伺服閥，通常為 各種彈性元件，為一力-位移轉(zhuǎn)換元件,4,單級伺服閥：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、輸出流量小、穩(wěn)定性差,二、電液伺服閥的分類,1、按放

4、大器的級數(shù)分： 單級、兩級和三級,兩級伺服閥：最常用,三級伺服閥：兩級伺服閥+功率滑閥，電反饋，流量大于 200L/min,5,,,,,,,,,,,pS,pS,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,,pL, QL,1—信號線; 2—永磁體; 3—線圈; 4—銜鐵; 5—彈簧管; 6—噴嘴; 7—擋板; 8—反饋彈簧桿; 9—閥芯; 10—固定阻尼孔; 11—過濾器; 12—閥體,,力反饋兩級電液伺服

5、閥結(jié)構(gòu)原理圖,6,動圈式直接位置反饋伺服閥,7,噴嘴擋板閥：單噴嘴特性不好很少用，多為雙噴嘴優(yōu)點：壓力靈敏度高、線性好、零漂小、需輸入功率小、動態(tài)響應(yīng)快缺點：對油液清潔度要求高,射流管閥：優(yōu)點：抗污染能力強(qiáng)、壓力效率和容積效率高，使功率級滑閥具有 “失效對中”能力缺點：特性不易預(yù)測、動態(tài)響應(yīng)慢、低溫特性差,2、按第一級閥（放大器）的結(jié)構(gòu)形式分： 滑閥、單（雙）噴嘴擋板閥、射流管閥、偏轉(zhuǎn)板射流閥

6、,滑閥：優(yōu)點：流量增益和壓力增益高，對油液清潔度要求低缺點：結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜、閥芯受力大、閥分辨率低、滯環(huán)大、響應(yīng)慢,8,位置反饋、負(fù)載流量反饋?流量控制伺服閥：輸出流量與輸入電流成正比 負(fù)載壓力反饋?壓力控制伺服閥：輸出壓力與輸入電流成正比,3、按反饋形式分：位置反饋、負(fù)載流量反饋、負(fù)載壓力反饋,滑閥位置反饋的兩級伺服閥：最常用。根據(jù)功率級滑閥位移反饋到放大器的形式可分為： 位置力反

7、饋、直接位置反饋、機(jī)械位置反饋、位置電反饋、彈簧對中式,機(jī)械位置反饋：機(jī)械結(jié)構(gòu)位置電反饋：位移傳感器彈簧對中式：彈簧力與液壓控制力平衡：開環(huán)、結(jié)構(gòu)簡單、精度低,9,第五章 電液伺服閥,5.1 電液伺服閥的組成及分類5.2 力矩馬達(dá)5.3 力反饋兩級電液伺服閥5.4 直接反饋兩級滑閥式電液伺服閥5.5 其它型式的電液伺服閥簡介5.6 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),10,電氣-

8、機(jī)械轉(zhuǎn)換器 利用電磁原理工作,5.2 力矩馬達(dá),一、力矩馬達(dá)的分類及要求（一） 分類1）可動件運(yùn)動形式：直線位移式（力馬達(dá)）、角位移式（力矩馬達(dá)）2）可動件結(jié)構(gòu)形式：動鐵式（銜鐵）、動圈式（控制線圈）3）極化磁場產(chǎn)生的方式：非激磁式（控制線圈差動連接）、固定電流激磁（激磁線圈，大的極化磁通，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大）、永磁式（永久磁鐵，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、獲得的極化磁通?。?11,（二）對力矩馬達(dá)的要求1）產(chǎn)生足夠

9、的力或行程，體積小、重量輕2）動態(tài)性能好、響應(yīng)速度快3）直線性好、死區(qū)小、靈敏度高、磁滯小4）特殊情況下，要求抗振、抗沖擊、不受環(huán)境溫度和壓力影響,12,二、永磁動鐵式力矩馬達(dá),（一）力矩馬達(dá)工作原理,圖6.1 永磁動鐵式力矩馬達(dá) 1——直流電放大器， 2——導(dǎo)磁體， 3——銜鐵， 4——永久磁鐵,13,由于這種力矩馬達(dá)采用永久磁鐵以產(chǎn)生固定磁通Φg，故稱永磁式。,由于力矩馬達(dá)中有極化磁場與控制線圈所產(chǎn)生的

10、控制磁場相互作用而產(chǎn)生輸出力矩，故稱極化式。,由于有銜鐵擺動以產(chǎn)生輸出位移，故也叫動鐵式。,14,常見的是銜鐵支承在彈簧管上。,圖6.2用彈簧管支承銜鐵的力矩馬達(dá)1——彈簧管，2——液壓放大元件,彈簧管是用彈性材料做成的薄壁圓管，一端緊固在銜鐵中部，另一端固定在下一級液壓放大元件上。,15,圖6.2用彈簧管支承銜鐵的力矩馬達(dá)1——彈簧管，2——液壓放大元件,在零位時，銜鐵正好處于四個氣隙的中間位置，彈簧管也正好在正中零位。當(dāng)輸入?i

11、而產(chǎn)生電磁力矩后，電磁力矩使銜鐵偏轉(zhuǎn)，彈簧管也受力歪斜變形，作用在銜鐵上的電磁力矩與彈簧管變形時的彈性力矩平衡，也就是電磁力矩Td通過彈簧管彎曲變形而轉(zhuǎn)化為銜鐵的角位移。,16,由于力矩馬達(dá)直接控制液壓放大元件，所以在結(jié)構(gòu)安裝上，力矩馬達(dá)必須與液壓放大元件緊連在一起而形成一個整體。,液壓放大元件中充滿著油液，因彈簧管與液壓放大元件間有密封圈隔開，與銜鐵也是，緊密固接的，這樣，液壓放大元件中的油液就不會滲漏到力矩馬達(dá)中去。力矩馬達(dá)不是浸泡

12、在油液中的，故稱干式。,力矩馬達(dá)浸泡在油液中的就叫濕式。因為油液中不可避免地帶有零件磨損時所產(chǎn)生的金屬微粒，這些鐵磁性雜質(zhì)吸附在力矩馬達(dá)的磁極——氣隙中時，必矩馬將不能正常工作，因此，現(xiàn)在的力矩馬達(dá)多用干式。,17,當(dāng)直流放大器的輸入端有信號電壓Ug后，將使一個線圈中的電流增加而另一個線圈中的電流減少。兩個線圈中的電流i1及i2為,i1= I0+i2 i2= I0－i2?i= i1－i2=2i=ic,（二）力矩馬達(dá)的電

13、磁力矩,設(shè)力矩馬達(dá)的兩個控制線圈由一個推挽放大器供電。,直流放大器的電源為Eb，它可在兩個控制線圈中建立空載電流I0。由于兩個控制線圈的接線方式保證了I0在兩個線圈中的流向相反，因此由I0所產(chǎn)生的磁通恰好相互抵消，才不會產(chǎn)生電磁力矩。,通常，I0=?i/2,18,19,由控制磁通和極化磁通相互作用在銜鐵上產(chǎn)生的電磁力矩為：,中位電磁力矩系數(shù)：,中位磁彈簧剛度：,20,當(dāng)有輸入電流?i之后，即產(chǎn)生電磁力矩Td以驅(qū)動銜鐵轉(zhuǎn)動而有角位移?;又

14、進(jìn)一步使Td增大，Td之增加又更加驅(qū)使銜鐵轉(zhuǎn)動。,這樣，銜鐵是不能工作的，只要銜鐵略為偏離中位，那怕沒有輸入電流，銜鐵也會受電磁力矩之作用而偏轉(zhuǎn)。越偏轉(zhuǎn)則力矩越大，力矩越大則越偏轉(zhuǎn)，直到銜鐵碰上導(dǎo)磁體為止。,為了使銜鐵有確定的偏轉(zhuǎn)角，就必須另設(shè)一個機(jī)械彈簧與銜鐵連接在一起。銜鐵偏轉(zhuǎn)?后產(chǎn)生一個與?成正比的機(jī)械彈簧力矩與電磁力矩平衡，這時銜鐵才能停留在確定的角位移?處，磁彈簧的作用與機(jī)械彈簧相反，所以可以說它是一個負(fù)彈簧。,21,銜鐵磁通

15、：,22,三、永磁 動圈式力馬達(dá),動圈式力矩(力)馬達(dá):即載流線圈是在磁場中運(yùn)動的。,23,工作原理： 在內(nèi)外導(dǎo)磁體所組成的環(huán)狀工作氣隙中安置可動控制線圈4，線圈安裝在骨架5上，骨架與下一級液壓放大元件的閥芯7相連。永久磁鐵在氣隙中產(chǎn)生固定磁場，當(dāng)控制線圈中通以控制電流后就是載流線圈了。載流線圈在磁場中受力而運(yùn)動，從而帶動閥芯一起運(yùn)動?？蓜泳€圈在固定磁場中所受電磁力的大小和方向決定于線圈中控制電流的大小

16、和方向。電磁力又通過對中彈簧6轉(zhuǎn)換為動圈的位移量，這就是力馬達(dá)的輸出位移。,24,載流導(dǎo)線在磁場中所受電磁力的方程為,電磁力系數(shù)：,磁感應(yīng)強(qiáng)度：,力馬達(dá)的電磁力與控制電流成正比，具有線性特性。在動圈式力馬達(dá)的力方程中沒有磁彈簧剛度，即：,這是因為它在工作中氣隙沒有變化，即氣隙的磁阻不變。,25,1）動鐵式力矩馬達(dá)因磁滯影響輸出位移滯后比較大。2）動鐵式力矩馬達(dá)的線性范圍比較窄，工作行程小。3）同慣性下，動鐵式力矩馬達(dá)的輸出力矩大，銜

17、鐵組件的固有頻率高。4）同功率下，動鐵式體積小。5）減小工作氣隙長度可提高靈敏度，但動圈式受動圈尺寸限制，動鐵式受靜不定的限制。 動鐵式：頻率高、體積小、重量輕 動圈式：尺寸要求不嚴(yán)格、頻率要求不高、價格低,四、動鐵式力矩馬達(dá)與動圈式力馬達(dá)的比較,26,第五章 電液伺服閥,5.1 電液伺服閥的組成及分類5.2 力矩馬達(dá)5.3 力反饋兩級電液伺服閥5.4 直接反饋兩級

18、滑閥式電液伺服閥5.5 其它型式的電液伺服閥簡介5.6 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),27,,一、工作原理,力反饋兩級伺服閥是目前廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)形式。 第一級液壓放大器：雙噴嘴擋板閥 第二級液壓放大器：四通滑閥 滑閥位移力反饋：閥芯位移通過反饋桿與銜鐵擋板組件相連,

19、力反饋——反饋彈簧桿將主閥芯的位移轉(zhuǎn)化為力矩，并作用于擋板和銜鐵，使銜鐵轉(zhuǎn)角減少 實質(zhì)：主閥芯的位置反饋。 負(fù)載壓差一定時，閥的輸出流量與控制電流成比例，所以是流量控制伺服閥。 由于擋板和銜鐵均在中位附近工作，所以線性好。對力矩馬達(dá)的線性要求也不高，可允許滑閥有較大的工作行程。,28,,,,,,,,,,,pS,pS,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,

20、,pL, QL,1—信號線; 2—永磁體; 3—線圈; 4—銜鐵; 5—彈簧管; 6—噴嘴; 7—擋板; 8—反饋彈簧桿; 9—閥芯; 10—固定阻尼孔; 11—過濾器; 12—閥體,,圖 力反饋兩級電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖,29,力反饋——反饋彈簧桿動作示意圖,30,力反饋——反饋彈簧桿動作示意圖,31,二、基本方程及方塊圖 （一）力矩馬達(dá)運(yùn)動方程,電動態(tài)過程：電路基本電壓方程機(jī)械動態(tài)過程：銜鐵擋板組件運(yùn)動方程,1、基本電

21、壓方程,每個線圈回路的電壓平衡方程為：,因此，,表明：經(jīng)放大器放大后的電壓分為兩部分 1）消耗在線圈電阻和放大器內(nèi)阻 2）克服銜鐵磁通變化在控制線圈中產(chǎn)生的反電動勢,32,拉式變換后：,每個線圈的反電動勢系數(shù)：,每個線圈的自感系數(shù)：,總控制電壓 = 電阻上電壓降 + 銜鐵運(yùn)動時線圈內(nèi)產(chǎn)生的反電動勢 + 線圈內(nèi)電流變化引起

22、的感應(yīng)電動勢（互感和自感）,寫成電流變化的表達(dá)式：,控制線圈回路的轉(zhuǎn)折頻率：,33,2、銜鐵擋板組件的運(yùn)動方程,力矩馬達(dá)輸出的電磁力矩：,電磁力矩作用下，銜鐵擋板組件的運(yùn)動方程：,噴嘴對擋板的液流力產(chǎn)生的負(fù)載力矩：（靜壓力矩+動量變化產(chǎn)生的液動力矩）,反饋桿變形對銜鐵擋板組件產(chǎn)生的負(fù)載力矩：,將各相關(guān)式代入，并拉式變換：,力矩馬達(dá)總剛度（綜合剛度）和凈剛度：,寫成轉(zhuǎn)角的表達(dá)式：,,,,,,,34,（二）擋板位移與銜鐵轉(zhuǎn)角的關(guān)系,（三）

23、噴嘴擋板至滑閥的傳遞函數(shù),忽略閥芯移動受到的粘性阻尼力、穩(wěn)態(tài)液動力、反饋桿彈簧力，擋板位移到滑閥位移的傳遞函數(shù)為：,（四）閥控液壓缸的傳遞函數(shù),噴嘴擋板閥的負(fù)載壓力<——滑閥受力（慣性力+穩(wěn)態(tài)液動力（<——滑閥輸出的負(fù)載壓力（與液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動有關(guān)））+…）,簡單起見，只考慮慣性元件，則閥芯位移到液壓缸位移的傳遞函數(shù)為：,35,（五）作用在擋板上的壓力反饋,忽略閥芯移動受到的粘性阻尼力、反饋桿彈簧力，只考慮閥芯的慣性力和穩(wěn)

24、態(tài)液動力,,,,,,線性化增量方程的拉氏變換為：,滑閥負(fù)載壓力：,36,三、力反饋伺服閥的穩(wěn)定性分析,主回路：滑閥位移力反饋次回路：作用在擋板上的壓力反饋回路,,37,（一）力反饋回路穩(wěn)定性分析,力反饋回路 = 力矩馬達(dá) + 滑閥,1、求出力矩馬達(dá)小閉環(huán)的傳遞函數(shù),避免放大器對閥的影響，采用電流負(fù)反饋形式，使控制線圈的轉(zhuǎn)折頻率很高，且力矩馬達(dá)小閉環(huán)的傳遞函數(shù)為：,銜鐵擋板組件的固有頻率：,機(jī)械阻尼和電磁阻尼產(chǎn)生的阻尼比：,38,,,,

25、,,（二）壓力反饋回路穩(wěn)定性分析 由滑閥位移和執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載變化引起 反映了伺服閥各級動態(tài)的影響——〉越小越好 回路的開環(huán)增益在任何情況下都應(yīng)小于1，即近似于開環(huán)不起作用,,較小,,,,,,,最大增益為,39,,,,,,確?；芈返姆€(wěn)定性，且回路的影響可不計，需滿足：,,,,,,,,,,,,,,最大增益為,,反饋通道傳遞函數(shù)：,40,,,,,四、力反饋伺服閥的傳遞函數(shù),,,,,,,,,,,,

26、,伺服閥增益,伺服閥流量增益,41,,,,,,伺服閥的二階近似傳遞函數(shù),,,,,,,,,,,,,取相位滯后 ：,阻尼比可有兩種方法求得 ：,1）根據(jù)二階環(huán)節(jié)的相頻特性公式2）將相頻特性曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較,伺服閥的一階近似傳遞函數(shù),42,,,五、力反饋伺服閥的頻寬,,,,,,,,,,,43,,,五、力反饋伺服閥的頻寬,,,,,,,,,,,44,,,,,,,,,,,,,,,提高伺服閥頻寬的方法： 1）Kan=0

27、 2) 提高r/(r+b)的比值； 3) 增大噴嘴直徑；（受泄漏流量和力矩馬達(dá)功率的限制） 4) 減小滑閥直徑；（受閥的額定流量和閥芯最大行程限制） 5) 提高Kvf （受力反饋回路穩(wěn)定性的限制）力矩馬達(dá)固有頻率是回路中最低的轉(zhuǎn)折頻率，在大流量伺服閥中尤為突出,,,,,,,,,,,,,45,,,,,六、力反饋伺服閥的靜態(tài)特性,,,,,,,,,,,,閥芯位移到輸出流量是開環(huán)控制，精確性要靠滑閥加

28、工精度保證,,,,,,,,,,,,,46,,,,,,七、力反饋伺服閥的設(shè)計計算,,,,,,,,,,,,給定：流量、壓力、動態(tài)響應(yīng)設(shè)計：滑閥（閥芯行程、閥芯直徑、閥桿直徑、開口形式）、噴嘴擋板閥（噴嘴孔直徑、固定節(jié)流口直徑、節(jié)流孔直徑）、力矩馬達(dá)（反饋桿剛度、力矩系數(shù)、極化磁通、磁彈簧剛度、彈簧管剛度）經(jīng)驗參數(shù)參考同類產(chǎn)品,,,,,,,,,,,,,,,,,,,額定供油壓力：額定流量（最大空載流量）：額定電流（最大差動電流）

29、：第一級泄漏量：伺服閥頻寬：,,,47,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（一）滑閥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定,,,,,,驗算流量飽和情況，滿足要求,根據(jù)額定流量求開口面積（閥芯行程、閥芯直徑、閥桿直徑、開口形式）,不能采用全周開口,48,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（二）噴嘴擋板閥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定,,,,1）根據(jù)泄漏流量以及頻寬要求驗算擋板的工作范圍2）根據(jù)過濾精度、泄露量確定流量

30、增益3）根據(jù)流量增益確定：噴嘴孔直徑、固定節(jié)流孔直徑4）根據(jù)背壓確定：節(jié)流孔直徑,49,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,滿足要求,,,,,,,,,回油溢流腔保持一定壓力，可改善擋板間的工作條件，穩(wěn)定流量系數(shù)，利于抑制伺服閥零漂、使工作平穩(wěn),50,,,,,,,,,,,,,,,,,,（三）力矩馬達(dá)設(shè)計計算1）根據(jù)伺服閥的頻寬要求確定力矩馬達(dá)固有頻率,2）計算反饋桿剛度

31、,51,,,,,,,,,,,,,,3）計算力矩馬達(dá)力矩系數(shù),,,,52,,,,,,,,,,,,,,,,,,4）計算極化磁通和磁彈簧剛度,符合要求,53,,,,,,,,,,,,5）計算彈簧管剛度,,,54,第五章 電液伺服閥,5.1 電液伺服閥的組成及分類5.2 力矩馬達(dá)5.3 力反饋兩級電液伺服閥5.4 直接反饋兩級滑閥式電液伺服閥5.5 其它型式的電液伺服閥簡介5.6 電液伺服閥

32、的特性及主要的性能指標(biāo),,－、結(jié)構(gòu)及工作原理,組成： 動圈式力馬達(dá) + 兩極滑閥式電液伺服閥（帶兩個固定節(jié)流孔的四通閥（雙邊滑閥）+ 零開口四邊滑閥）特點： 功率級閥芯是前置級閥套 采用閥芯、閥套直接比較法,,二、動圈式兩級滑閥伺服閥的方塊圖,1）控制線圈電壓平衡方程,,2）線圈組件力平衡方程,,,動圈式兩級滑閥伺服閥的傳遞函數(shù)方塊圖,,,動鐵式力反饋兩級噴嘴擋板式電液伺服閥的

33、傳遞函數(shù)方塊圖,,三、動圈式兩級滑閥伺服閥的傳遞函數(shù),,,1） 較高，可忽略2）在穩(wěn)定的前提下，可提高3）一級閥為滑閥，其流量增益比噴嘴擋板閥大得多，因此 較大4）伺服閥頻寬主要由力馬達(dá)的固有頻率 決定5）由于力馬達(dá)動圈組件（包括一級閥閥芯）質(zhì)量比較大，而對中彈簧剛度又較低，因此固有頻率較低，一般為30~70Hz,60,第五章 電液伺服閥,5.1 電液伺服閥的組成及分類5.2

34、力矩馬達(dá)5.3 力反饋兩級電液伺服閥5.4 直接反饋兩級滑閥式電液伺服閥5.5 其它型式的電液伺服閥簡介5.6 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),61,一、彈簧對中式兩級電液伺服閥,結(jié)構(gòu)： 第一級：雙噴嘴擋板閥 第二級：滑閥+對中彈簧工作原理： 對中彈簧力與噴嘴擋板閥輸出的液壓力相平衡，輸出相應(yīng)的閥芯位移特點： 1）開環(huán)控制，性能

35、受外界影響（溫度、壓力、閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)） 2）銜鐵及擋板的位移都較大，對力矩馬達(dá)的線性要求較高 3）對中彈簧應(yīng)體積小、剛度大、抗疲勞好，故制造困難 4）對中彈簧易有制造和安裝誤差，故對閥芯產(chǎn)生側(cè)向卡緊力，增加閥芯摩擦力，使閥的滯環(huán)增大，分辨率降低 5）結(jié)構(gòu)簡單、造價低，適用于一般的、性能要求不高的電液伺服系統(tǒng)。,62,力反饋兩級電液伺服閥,63,二、射流管式兩級電液伺服閥,結(jié)構(gòu)： 第一級：射流管

36、+彈簧板+反饋彈簧絲 第二級：滑閥工作原理： 通過反饋彈簧絲構(gòu)成對力矩馬達(dá)的力反饋特點： 1）抗污染能力強(qiáng) 2）動態(tài)相應(yīng)較慢，特性不易預(yù)測 3）力矩馬達(dá)結(jié)構(gòu)及工藝復(fù)雜 4）細(xì)長的射流管及柔性供壓管易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)諧振,64,三、偏轉(zhuǎn)板射流式兩級電液伺服閥,結(jié)構(gòu)： 第一級：力矩馬達(dá)+偏轉(zhuǎn)板射流放大器（射流盤+偏轉(zhuǎn)板） 第二級：滑閥工作原理： 滑閥位移

37、通過反饋桿產(chǎn)生機(jī)械力矩反饋到力矩馬達(dá)銜鐵組件特點： 1）抗污染能力強(qiáng) 2）特性不易預(yù)測 3）可動的偏轉(zhuǎn)板重量輕，動態(tài)響應(yīng)快些 4）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠,65,四、壓力-流量伺服閥,工作原理： 滑閥輸出的壓力經(jīng)反饋通道引入滑閥兩端的彈簧腔（通過反饋噴嘴到擋板，通過壓力傳感器到伺服放大器）——〉負(fù)載壓力負(fù)反饋 在位置反饋伺服閥的基礎(chǔ)上引入負(fù)載壓力負(fù)反饋特點：

38、1）流量-壓力系數(shù)大 2）增加了系統(tǒng)的阻尼，降低了系統(tǒng)的靜剛度，剛性差 3）通常用在負(fù)載慣性大，外負(fù)載力小或帶諧振負(fù)載的伺服系統(tǒng),負(fù)載壓力增大，輸出流量減小閥開口量減小，輸出流量進(jìn)一步減小負(fù)載流量曲線的斜率比流量伺服閥的大,66,,,,,,,,,壓力流量控制電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖,,,,,pS,T,,,,,,,,,,,,,,,,p2,p1,QL,,x,pS’,,,,,TORQUE MATOR,p2,p1,,,

39、,,,,67,五、動壓反饋伺服閥,工作原理： 由彈簧活塞和液阻（固定節(jié)流孔）組成壓力微分網(wǎng)絡(luò)特點： 1）增加系統(tǒng)阻尼，不降低系統(tǒng)靜剛度 2）動態(tài)時：壓力-流量伺服閥；穩(wěn)態(tài)時：流量伺服閥 3）適用于大慣量負(fù)載的伺服系統(tǒng),68,,,,,,,,,,圖 動態(tài) 壓力反饋電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖,,,,,pS,T,,,,,,,,,,,,,,,,,p2,p1,QL,x,pS’,,,,TORQUE M

40、ATOR,pc2,pc1,,,,,,,69,六、電液壓力伺服閥,工作原理： 1）將流量壓力伺服閥滑閥兩端的對中彈簧去掉，得到閥芯力平衡式壓力控制伺服閥 2）滑閥輸出壓力通過噴嘴反饋到擋板上，與負(fù)載壓力成比例的反饋力矩等于力矩馬達(dá)輸入電流產(chǎn)生的電磁力矩特點： 1）閥芯力平衡式的力矩馬達(dá)及擋板工作范圍大，對力矩馬達(dá)線性要求高。壓力反饋有固定的線性增益（閥芯大小凸肩面積之比） 2）反饋噴嘴

41、式的力矩馬達(dá)及擋板在零位附近工作，線性好，但不是嚴(yán)格的線性。閥的壓力特性線性度稍差,反饋噴嘴式壓力伺服閥,70,,,,,,,,,圖 閥芯力平衡式壓力伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖,,,,,pS,T,,,,,,,,,,,,,,,,p2,p1,QL,,x,pS’,,,,,TORQUE MATOR,p2,p1,,,,,,,71,六、電液壓力伺服閥,負(fù)載流量大，液動力大，輸出壓力小——〉壓力-流量曲線略微傾斜,72,第五章 電液伺服閥,5.1 電

42、液伺服閥的組成及分類5.2 力矩馬達(dá)5.3 力反饋兩級電液伺服閥5.4 直接反饋兩級滑閥式電液伺服閥5.5 其它型式的電液伺服閥簡介5.6 電液伺服閥的特性及主要的性能指標(biāo),73,（一）負(fù)載流量特性（壓力-流量特性）,一、靜態(tài)特性,為產(chǎn)生額定流量對線圈任一極性所規(guī)定的輸入電流（不含零偏電流），單位為A 額定電流與線圈的連接方式有關(guān)：串聯(lián)、并聯(lián)、差動,1.額定電流In,包括負(fù)載流量

43、特性、空載流量特性、壓力特性、內(nèi)泄漏特性,零位附近難測確定伺服閥的類型，估計伺服閥的規(guī)格負(fù)載（壓力/流量）匹配的基礎(chǔ),74,3.額定流量qn,在規(guī)定的閥壓降下，對應(yīng)于額定電流的負(fù)載流量，單位m3/s。說明： 1）通常，在空載條件下規(guī)定伺服閥的額定流量 國外，額定流量指負(fù)載壓降為7MPa及額定電流下，伺服閥的輸出流量。 2）負(fù)載壓降為2/3供油壓力時規(guī)定的額定流量對應(yīng)伺服

44、閥的最大功率輸出點 3）額定流量的允差一般為±10%。額定流量表征伺服閥的規(guī)格和容量。,2.額定壓力pn,額定工作條件時的供油壓力，單位Pa,75,（二）空載流量特性,空載流量曲線（簡稱流量曲線）是輸出流量與輸入電流呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線。試驗時要求：1）給定伺服閥壓降2）負(fù)載壓降為零3）閥的動態(tài)特性不受影響,流量曲線中點的軌跡稱為名義流量曲線。（零滯環(huán)流量曲線）,（1）流量增益,流量曲線上某點或某段的斜

45、率就是閥在該點或該段的流量增益，單位為(m3/s)/A。 名義流量增益線：從名義流量曲線的零流量點向兩極各作一條與名義流量曲線偏差為最小的直線 名義流量增益：兩個極性的名義流量增益線斜率的平均值,額定流量與額定電流之比稱額定流量增益。,如果零位時滑閥有正重疊現(xiàn)象，則零位工作區(qū)的流量增益要低于名義流量增益。反之，如果零位時有正開口，則零位流量增益將大于名義流量增益。,76,流量特性曲線,名義流

46、量增益、線性度 、對稱度,77,流量滯環(huán)、名義流量曲線、零偏,名義流量增益、線性度,78,名義流量曲線的直線性。（名義流量曲線與名義流量增益曲線最大偏差電流 / 額定電流）線性度通常小于7.5%,（2）線性度,兩個極性名義流量增益的一致程度，通常小于10%（差值 / 最大者）,（3）對稱度,產(chǎn)生相同輸出流量的往返輸入電流的最大差值與額定電流的百分比，通常小于5%原因： 1）力矩馬達(dá)磁路的磁滯（輸入信號小，磁滯回環(huán)小）；

47、 2）伺服閥中的游隙（機(jī)械固定處的滑動，閥芯與閥套的摩擦力，油的清潔度）,（4）滯環(huán),79,（5） 分辨率,使輸出流量發(fā)生變化所需的輸入電流的最小變化值與額定電流之百分比。（通常為從輸出流量的增加狀態(tài)回復(fù)到輸出流量減小狀態(tài)）,1）一般小于1%。 2）主要由于靜摩擦力引起,1）零位：空載流量為零的幾何零位2）經(jīng)常工作在零位附近，零區(qū)特性很重要3）兩極名義流量曲線近似直線部分的延長線與零流量線相交的總間隔與額定電流的百分

48、比。（零重疊、正重疊、負(fù)重疊）,（6）重疊,80,（7） 零偏,使閥處于零位所需的輸入電流值（不計滯環(huán)影響）與額定電流的百分比。 通常小于3%,1）輸出流量為零（兩個油口關(guān)閉）時，負(fù)載壓降與輸入電流呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線2）壓力增益：負(fù)載壓力對輸入電流的變化率，單位Pa/A， 通常規(guī)定為在最大負(fù)載壓降的?40%之間，負(fù)載壓降對輸入電流曲線的平均斜率3）壓力增益指標(biāo)：輸入1%的額定電流時，負(fù)載壓降應(yīng)超過30%的額定工作壓力,（

49、三）壓力特性,1）負(fù)載流量為零時，從回油口流出的總流量，m3/s。通常不超過額定流量的10%2）內(nèi)泄漏量隨輸入電流變化，零位時，內(nèi)泄漏流量最大。3）兩級閥：前置級泄漏流量 + 功率級泄漏流量 流量-壓力系數(shù) = 功率級零位泄漏流量 / 供油壓力4）該指標(biāo)可衡量新閥的制造質(zhì)量，反映舊閥的磨損情況,（四）內(nèi)泄漏特性,81,壓力特性曲線,內(nèi)泄漏特性曲線,82,83,（五）零漂,工作條件或環(huán)境變化所導(dǎo)致的零偏變化，以其與額定

50、電流的百分比表示。,（1）供油壓力零漂：供油壓力在70%~100%額定供油壓力的范圍內(nèi)變化時，零漂應(yīng)小于2%。,（2）回油壓力零漂：回油壓力在額定壓力的20%范圍內(nèi)變化時，零漂應(yīng)小于2%。,（3）溫度零漂：工作油溫每變化40?C時，零漂應(yīng)小于2%。,（4）零值電流零漂：零值電流在0~100%額定電流范圍內(nèi)變化時，零漂應(yīng)小于2%。,（5）加速度零漂：伺服閥受到強(qiáng)烈振動而產(chǎn)生加速度零漂。當(dāng)沖擊，振動等的加速度在20g以內(nèi)時，每一加速度g所引

51、起的零漂應(yīng)小于0.2%。,84,1）通常用頻率響應(yīng)表示，也可用瞬態(tài)響應(yīng)2）輸入電流在某一范圍內(nèi)作等幅變頻正弦變化時，空載流量與輸入電流的復(fù)數(shù)比3）隨油溫、供油壓力、回油壓力及輸入電流幅值的變化而變化。推薦：輸入電流為額定電流的一半（?25%額定電流），初始頻率為5~10Hz。（幅頻寬：-3dB/70.7%，相頻寬：90?）4）頻寬過低會影響響應(yīng)速度，過高會使高頻干擾傳到負(fù)載上5）伺服閥的幅值比一般應(yīng)小于2dB,如果用大振幅輸入電

52、流測伺服閥的動態(tài)響應(yīng)，在高頻時受力矩馬達(dá)等元件的限制會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。,如果輸入電流的幅值過小，受伺服閥分辨率的影響會使波形畸變而使所測得的響應(yīng)特性失去意義。,二、動態(tài)特性,85,,,90°,86,（一）線圈接法,（1）單線圈（R, I, P）：可減小電感的影響（2）雙線圈單獨：一個接入，一個用來調(diào)偏、接反饋或引入顫振信號（3）串聯(lián)（2R, I/2, P/2）：額定電流和電控功率小，但易受電源電壓變動的影響（4）并聯(lián)（R/

53、2, I, P/2）：工作可靠性高，但易受電流電壓變動的影響（5）差動（I, P）：不易受電子放大器和電源電壓變動的影響。,三、輸入特性,87,（二）顫振,（1）高頻低幅電信號（遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過信號頻率，諧振的激勵易引起疲勞損壞或元件飽和，幅值應(yīng)足以填滿游隙寬度（2.5µm左右），但不能太大，以免傳到負(fù)載）：正弦波、三角波、方波（效果同）（2）減小或消除伺服閥中由于干摩擦所產(chǎn)生的游隙（3）防止閥的堵塞（4）不能減小力矩馬達(dá)磁路