浅谈液压伺服系统工作原理

摘要：介绍了液压系统的构成，阐述了液压伺服系统的工作原理、数学模型。结合生产实际，分析了几种常见液压伺服系统的设计。

关键词：液压伺服系统；工作原理；数学模型。

1.前言：

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。电液伺服系统通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。

2.液压伺服系统工作原理及数学模型

2.1.工作原理

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。 图1所示为一个对管道流量进行连续控制的电液伺服系统。在大口径流体管道1中，阀板2的转角θ变化会产生节流作用而起到调节流量qT的作用。阀板转动由液压缸带动齿轮、齿条来实现。这个系统的输入量是电位器5的给定值xi。对应给定值xi，有一定的电压输给放大器7，放大器将电压信号转换为电流信号加到伺服阀的电磁线圈上，使阀芯相应地产生一定的开口量xv。阀开口xv使液压油进入液压缸上腔，推动液压缸向下移动。液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱。液压缸的向下移动，使齿轮、齿条带动阀板产生偏转。同时，液压缸活塞杆也带动电位器6的触点下移xp。当xp所对应的电压与xi所对应的电压相等时，两电压之差为零。这时，放大器的输出电流亦为零，伺服阀关闭，液压缸带动的阀板停在相应的qT位置。

在控制系统中，将被控制对象的输出信号回输到系统的输入端，并与给定值进行比较而形成偏差信号以产生对被控对象的控制作用，这种控制形式称之为反馈控制。反馈信号与给定信号符号相反，即总是形成差值，这种反馈称之为负反馈。用负反馈产生的偏差信号进行调节，是反馈控制的基本特征。而对图1所示的实例中，电位器6就是反馈装置，偏差信号就是给定信号电压与反馈信号电压在放大器输入端产生的△u。

2.2.数学模型

为了对伺服系统进行定量研究，应找出系统中各变量（物理量）之间的关系。不但要搞清楚其静态关系，还要知道其动态特性，即各物理量随时间而变化的过程。描述这些变量之间关系的数学表达式称之为数学模型。

2.2.1. 微分方程

伺服系统的动态行为可用各变量及其各阶导数所组成的微分方程来描述。当微分方程各阶导数为零时，则变成表示各变量间静态关系的代数方程。有了系统运动的微分方程就可知道系统各变量的静态和动态行为。该微分方程就是系统的数学模型。

3 .设计及应用

动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。

1）动力元件的输出特性

将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换 绘于υ-FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图4。

在负载轨迹曲线υ-FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作

点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。

4结束语

本文主要介绍了液压系统的工作原理，数学模型，以及主要元件的选型，对于现场安装、调试、维护并未涉及。

参考文献：

[1] 何存兴，张铁华主编。液压传动与气压传动。武汉：华中科技大学出版社，2000

[2]明仁雄，万会雄主编。液压传动与气压传动。 北京：机械工业出版社，2004

[3]SMC（中国）有限公司。现代实用气动技术。北京：机械工业出版社，2005.

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