液壓伺服系統(tǒng)

1、液壓伺服系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)是以高壓液體作為驅(qū)動(dòng)源的伺服系統(tǒng)，是使系統(tǒng)的輸出量，如位移、速度或力等，能自動(dòng)地、快速而準(zhǔn)確地跟隨輸入量的變化而變化，與此同時(shí)，輸出功率被大幅度地放大。液壓伺服系統(tǒng)以其響應(yīng)速度快、負(fù)載剛度大、控制功率大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。一、液壓伺服系統(tǒng)的基本組成 液壓伺服系統(tǒng)無論多么復(fù)雜，都是由一些基本元件組成的。如圖就是一個(gè)典型的伺服系統(tǒng)，該圖表示了各元件在系統(tǒng)中的位置和相互間的關(guān)系。（1） 外界能源 為了能用作用力很小的輸入信號(hào)獲得作用力很大的輸出信號(hào) ，就需要外加能源，這樣就可以得到力或功率的放大作用。外界能源可以是機(jī)械的、電氣的、液壓的或它們的組合形式。

2、（2） 液壓伺服閥 用以接收輸入信號(hào)，并控制執(zhí)行元件的動(dòng)作。它具有放大、比較等幾種功能，如滑閥等。（3） 執(zhí)行元件 接收伺服閥傳來的信號(hào)，產(chǎn)生與輸入信號(hào)相適應(yīng)的輸出信號(hào)，并作用于控制對(duì)象上，如液壓缸等。（4）反饋裝置 將執(zhí)行元件的輸出信號(hào)反過來輸入給伺服閥，以便消除原來的誤差信號(hào)，它構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。（5）控制對(duì)象 伺服系統(tǒng)所要操縱的對(duì)象，它的輸出量即為系統(tǒng)的被調(diào)量(或被控制量)，如機(jī)床的工作臺(tái)、刀架等。二、液壓伺服系統(tǒng)的分類液壓伺服系統(tǒng)是由液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)和反饋機(jī)構(gòu)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，分為機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)和電氣液壓伺服系統(tǒng)（簡稱電液伺服系統(tǒng)）兩類。電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)是一種由電信號(hào)處理裝置和

3、液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)組成的反饋控制系統(tǒng)。最常見的有電液位置伺服系統(tǒng)、電液速度控制系統(tǒng)和電液力（或力矩）控制系統(tǒng)。如圖是一個(gè)典型的電液位置伺服控制系統(tǒng)。圖中反饋電位器與指令電位器接成橋式電路。反饋電位器滑臂與控制對(duì)象相連，其作用是把控制對(duì)象位置的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化。反饋電位器與指令電位器滑臂間的電位差（反映控制對(duì)象位置與指令位置的偏差）經(jīng)放大器放大后，加于電液伺服閥轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，以推動(dòng)液壓缸活塞，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象向消除偏差方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)偏差為零時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)，因而使控制對(duì)象的位置總是按指令電位器給定的規(guī)律變化。電液伺服系統(tǒng)中常用的位置檢測元件有自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器和差動(dòng)變壓器等。伺服放大器為伺服

4、閥提供所需要的驅(qū)動(dòng)電流。電液伺服閥的作用是將小功率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為閥的運(yùn)動(dòng)，以控制流向液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)的流量和壓力。因此，電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件又是功率放大元件，它的性能對(duì)系統(tǒng)的特性影響很大，是電液伺服系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件。液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)由液壓控制元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制對(duì)象組成。液壓控制元件常采用液壓控制閥或伺服變量泵。常用的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)有液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性在很大程度上決定了電液伺服系統(tǒng)的性能。為改善系統(tǒng)性能，電液伺服系統(tǒng)常采用串聯(lián)滯后校正來提高低頻增益，降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。此外，采用加速度或壓力負(fù)反饋校正則是提高阻尼性能而又不降低效率的有效辦法。機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)是

5、一種由液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)和機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。如圖是一個(gè)典型的機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)。輸入信號(hào) x操作伺服閥，把油液引入液壓缸推動(dòng)活塞,活塞的運(yùn)動(dòng)y反饋回來與輸入x相減,直到使閥回到零位為止。輸出y與輸入x之間的傳遞特性可以近似為一常數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)比例控制器。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，常采用阻尼器來增加系統(tǒng)的阻尼特性，此外也可采用動(dòng)壓反饋校正裝置。 液壓伺服系統(tǒng)本質(zhì)上是一種非線性控制系統(tǒng)。其非線性因素有：閥的壓力流量特性，由庫侖摩擦和閥的正重疊量引起的死區(qū)特性，由伺服閥控制窗口的形狀引起的非線性增益，由傳動(dòng)間隙等因素造成的游隙非線性和飽和非線性特性等。其中以游隙非線性特性的影響最為嚴(yán)重，容易使

6、系統(tǒng)產(chǎn)生自激振蕩。三、液壓伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓伺服系統(tǒng)是從1950年開始出現(xiàn)的，幾十年來獲得了很大的發(fā)展，目前在各種技術(shù)領(lǐng)域里幾乎都廣泛的使用了液壓控制。優(yōu)點(diǎn)：（1） 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作快，換向迅速。就流量速度的傳遞函數(shù)而言，基本上是一個(gè)固有頻率很大的振蕩環(huán)節(jié)，而且隨著流量的加大和參數(shù)的最佳匹配可以使固有頻率增大到和電液伺服閥的固有頻率相比。電液伺服閥的固有頻率一般在100HZ以上，因而液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻率響應(yīng)是很快的，而且易于高速啟動(dòng)、制動(dòng)和換向。與機(jī)電系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，固有頻率通常較高。（2）液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積和重量遠(yuǎn)小于相同功率的機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積和重量。因?yàn)殡S著功率的增加液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如

7、閥、液壓缸或馬達(dá)）的體積和重量的增加遠(yuǎn)比機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)增加的慢，這是因?yàn)榍罢咧饕吭龃笠后w流量和壓力來增加功率，雖然動(dòng)力機(jī)構(gòu)的體積和重量也會(huì)因此增加一些，但卻可以采用高強(qiáng)度和輕金屬材料來減少體積和重量。（3）液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)、抗干擾能力強(qiáng)，特別是低速性能好，而機(jī)電系統(tǒng)的傳遞平穩(wěn)性較差，而且易受到電磁波等各種外干擾的影響。（4）液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速范圍廣，功率增益高。缺點(diǎn)：（1）液壓信號(hào)傳遞速度慢不易進(jìn)行校正，而電信號(hào)則是按光速來傳遞信息，而且易于綜合和校正。但是電液伺服系統(tǒng)由于在功率級(jí)以前采用了電信號(hào)，因而不存在這一缺點(diǎn)，而且在某種意義講這種系統(tǒng)具備了電、液兩類伺服的優(yōu)點(diǎn)。（2）液壓伺服系統(tǒng)的

8、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度高，因而成本高。（3）液體的體積彈性模數(shù)隨溫度和混入油中的空氣含量而變。當(dāng)溫度變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能有顯著影響。與此相反，溫度對(duì)氣體的體積彈性模數(shù)影響很小，因此對(duì)氣動(dòng)控制系統(tǒng)的工作性能影響不大。溫度對(duì)液體的粘度影響很大，低溫時(shí)摩擦損失增大；高溫時(shí)泄漏增加，并容易產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。（4）漏油是液壓系統(tǒng)的弱點(diǎn)，它不僅污染環(huán)境，而且容易引發(fā)火災(zāi)。液壓油易受污染，并可造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)堵塞。四、電氣伺服技術(shù)系統(tǒng)類別 伺服系統(tǒng)如圖所示，是具有反饋的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它由位置檢測部分誤差放大部分、執(zhí)行部分及被控對(duì)象組成。負(fù)荷伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)放大器 輸入 放大 執(zhí)行 被控對(duì)象 輸出 給定值 被控量伺服驅(qū)動(dòng)自動(dòng)

9、控制系統(tǒng)的組成 通常根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的種類來分類，有電氣式、油壓或電氣油壓式三種。伺服系統(tǒng)若按功能來分，則有計(jì)量伺服和功率伺服系統(tǒng)；模擬伺服和功率伺服系統(tǒng)；位置伺服和加速度伺服系統(tǒng)等。 電氣式伺服系統(tǒng)根據(jù)電氣信號(hào)可分為DC直流系統(tǒng)和AC交流伺服兩類。AC交流伺服系統(tǒng)又有異步電機(jī)伺服系統(tǒng)和同步電機(jī)伺服系統(tǒng)兩種。五、伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.基本結(jié)構(gòu):與普通他激直流電動(dòng)機(jī)相同.(有換向器)2.分類:電磁式(他激式); 永磁式,3.電氣原理圖:如右圖.其中(a)為電磁式(b)為永磁式.4.參數(shù):輸出功率1-600W. 直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖交流伺服電動(dòng)機(jī)(1)定子:定子由硅鋼片疊成;在定子鐵心的內(nèi)圓表面嵌有

10、兩套相差90度電角度的繞組:激磁繞組WF,控制繞組WC;這兩套繞組分別由兩個(gè)電源供電.(2)轉(zhuǎn)子:分為鼠籠型和杯型兩種.(1)鼠籠型轉(zhuǎn)子作得細(xì)而長,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體采用高電阻率的材料.用于小功率的自動(dòng)控制系統(tǒng).產(chǎn)品型號(hào)SL系列.(2)空心杯型轉(zhuǎn)子作成薄壁圓筒形,放在內(nèi)外定子之間.用于要求運(yùn)行平滑的系統(tǒng).產(chǎn)品型號(hào)SK系列杯型轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖激磁繞組1;控制繞組2;內(nèi)定子3; 外定子4;轉(zhuǎn)子六、應(yīng)用及程序namespace testmovecard partial class 絲杠運(yùn)動(dòng)控制 / / 必需的設(shè)計(jì)器變量。 / private System.ComponentModel.IContainer

11、 components = null; / / 清理所有正在使用的資源。 / / 如果應(yīng)釋放托管資源，為 true；否則為 false。 protected override void Dispose(bool disposing) if (disposing & (components != null) components.Dispose(); base.Dispose(disposing); #region Windows 窗體設(shè)計(jì)器生成的代碼 / / 設(shè)計(jì)器支持所需的方法 - 不要 / 使用代碼編輯器修改此方法的內(nèi)容。 / private void InitializeComponen

12、t() this.button_initcard = new System.Windows.Forms.Button(); this.button_cardstop = new System.Windows.Forms.Button(); this.button3 = new System.Windows.Forms.Button(); this.label1_cardinit = new System.Windows.Forms.Label(); this.button1 = new System.Windows.Forms.Button(); this.button2 = new Syst

13、em.Windows.Forms.Button(); this.SuspendLayout(); / / button_initcard / this.button_initcard.BackColor = System.Drawing.Color.Honeydew; this.button_initcard.Font = new System.Drawing.Font(隸書, 14.25F, System.Drawing.FontStyle.Bold, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, (byte)(134); this.button_initcard.L

14、ocation = new System.Drawing.Point(93, 46); this.button_initcard.Name = button_initcard; this.button_initcard.Size = new System.Drawing.Size(113, 68); this.button_initcard.TabIndex = 0; this.button_initcard.Text = 運(yùn)動(dòng)控制卡初始化; this.button_initcard.TextAlign = System.Drawing.ContentAlignment.MiddleLeft;

15、 this.button_initcard.UseVisualStyleBackColor = false; this.button_initcard.Click += new System.EventHandler(this.button_initcard_Click); / / button_cardstop / this.button_cardstop.BackColor = System.Drawing.Color.Honeydew; this.button_cardstop.Font = new System.Drawing.Font(宋體, 15.75F, System.Drawi

16、ng.FontStyle.Regular, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, (byte)(134); this.button_cardstop.Location = new System.Drawing.Point(93, 162); this.button_cardstop.Name = button_cardstop; this.button_cardstop.Size = new System.Drawing.Size(113, 68); this.button_cardstop.TabIndex = 1; this.button_cardstop.

17、Text = 停止; this.button_cardstop.UseVisualStyleBackColor = false; this.button_cardstop.Click += new System.EventHandler(this.button_cardstop_Click); / / button3 / this.button3.Font = new System.Drawing.Font(楷體, 12F, System.Drawing.FontStyle.Bold, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, (byte)(134); this.b

18、utton3.Location = new System.Drawing.Point(311, 27); this.button3.Name = button3; this.button3.Size = new System.Drawing.Size(147, 68); this.button3.TabIndex = 2; this.button3.Text = X向運(yùn)動(dòng)控制; this.button3.UseVisualStyleBackColor = true; this.button3.Click += new System.EventHandler(this.button3_Click

19、); / / label1_cardinit / this.label1_cardinit.AutoSize = true; this.label1_cardinit.Font = new System.Drawing.Font(華文行楷, 12F, System.Drawing.FontStyle.Regular, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, (byte)(134); this.label1_cardinit.Location = new System.Drawing.Point(117, 27); this.label1_cardinit.Name

20、 = label1_cardinit; this.label1_cardinit.Size = new System.Drawing.Size(56, 17); this.label1_cardinit.TabIndex = 3; this.label1_cardinit.Text = 初始化; this.label1_cardinit.Click += new System.EventHandler(this.label1_cardinit_Click); / / button1 / this.button1.Font = new System.Drawing.Font(楷體, 12F, S

21、ystem.Drawing.FontStyle.Bold, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, (byte)(134); this.button1.Location = new System.Drawing.Point(311, 110); this.button1.Name = button1; this.button1.Size = new System.Drawing.Size(147, 68); this.button1.TabIndex = 2; this.button1.Text = Y向運(yùn)動(dòng)控制; this.button1.UseVisualSt

22、yleBackColor = true; this.button1.Click += new System.EventHandler(this.button1_Click); / / button2 / this.button2.Font = new System.Drawing.Font(楷體, 12F, System.Drawing.FontStyle.Bold, System.Drawing.GraphicsUnit.Point, (byte)(134); this.button2.Location = new System.Drawing.Point(311, 194); this.button2.Name = button2; this.button2.Size = new System.Drawing.Size(147, 68); this.button2.TabIndex = 2; this.button2.Text = Z向運(yùn)動(dòng)控制; this.button2.UseVisualStyleBackColor = true; this.button2.Click += new System.EventHandler(this.button2_Click); / / 絲杠運(yùn)動(dòng)控制 / this.AutoScaleDimensions = n