电液伺服系统工作原理

电液伺服系统是一个有误差系统。当液压缸位移和阀芯位移之间不存在偏差时，系统就处于静止状态。由此可见，若使液压缸克服工作阻力并以一定的速度运动，首先必须保证滑阀有一定的阀口开度，这就是电液伺服系统工作的必要条件。液压缸运动的结果总是力图减少这个误差，但在其工作的任何时刻也不可能完全消除这个误差。没有误差，伺服系统就不能工作。

电液伺服系统的基本原理是：反馈信号与输入信号相比较得出偏差信号，利用该偏差信号控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着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符。

电液伺服系统又称跟踪系统，是一种自动控制系统，在这种系统中，执行元件能够自动、快速而准确地按照输入信号的变化规律而动作。同时，系统还起到将信号功率放大的作用。这种由电液元件组成的系统称为液压伺服系统。其特点如下：

(1)伺服系统是一个位置跟踪系统。输出位移自动地跟随输入位移的变化规律而变化，体现为位置跟随运动。

(2)伺服系统是一个功率放大系统。推动滑阀阀芯所需的功率很小，而系统的输出功率却可以很大，可带动较大的负载运动。

(3)伺服系统是一个负反馈系统。输出位移之所以能够精确地复现输入位移的变化。是因为控制滑阀的阀体和液压缸体固连在一起，构成了一个负反馈控制通路。液压缸输出位移，通过这个反馈通路回输给滑阀阀体，并与输入位移相比较。从而逐渐减小和消除输出位移和输入位移之间的偏差，直到两者相同为止。因此负反馈环节是液压伺服系统中必不可少的重要环节。负反馈也是自动控制系统具有的主要特征。

电液伺服系统是一种反馈控制系统，主要由电信号处理装置和液压动力机构组成。典型电液伺服系统组成元件如下：

(1)给定元件。它可以是机械装置，如凸轮、连杆等，提供位移信号；也可是电气元件，如电位计等，提供电压信号。

(2)反馈检测元件。用来检测执行元件的实际输出量，并转换成反馈信号。它可以是机械装置，如齿轮副、连杆等；也可是电气元件，如电位计、测速发电机等。

(3)比较元件。用来比较指令信号和反馈信号，并得出误差信号。实际中一般没有专门的比较元件，而是由某一结构元件兼职完成。

(4)放大、转换元件。将比较元件所得的误差信号放大，并转换成电信号或液压信号(压力、流量)。它可以是电放大器、电液伺服阀等。

(5)执行元件。将液压能转变为机械能，产生直线运动或旋转运动，并直接控制被控对象。一般指液压缸或液压马达。

(6)被控制对象。指系统的负载，如工作台等。

以上六部分是液压伺服系统的基本组成。此外，可增设校正元件来改善系统性能；增设比例元件来使输入信号按比例变化。

电液伺服系统是反馈控制系统，它是按照偏差原理来进行工作的，因此在实际工作中，由于负载及系统各组成部分都有一定的惯性，油液有可压缩性等，当输入信号发生变化时，输出量并不能立刻跟着发生相应的变化，而是需要一个过程。在这个过程中，系统的输出量以及系统各组成部分的状态随时间的变化而变化。这就是通常所说的过渡过程或动态过程。如果系统的动态过程结束后，又达到新的平衡状态，则把这个平衡状态称为稳态或静态。

一般来说，系统在振荡过程中，由于存在能量损失，振荡将会越来越小，很快就会达到稳态。但是，如果活塞一负载的惯性很大，油液因混入了空气而压缩较大，液压缸和导管的刚性不足，或系统的结构及其元件的参数选择不当，则振荡迟迟不得消失，甚至还会加剧，导致系统不能工作。出现这种情况时，系统被认为是不稳定的。因此，对液压伺服系统的基本要求首先是系统的稳定性。不稳定的系统根本无法工作。除此以外，还要从稳、快、准三个指标来衡量系统性能的好坏：稳和快反映了系统过渡过程的性能，既快又稳；由控制过程中输出量偏离希望值小，偏离的时间短，表明系统的动态精度高。另外，系统的稳态误差必须在允许范围之内，控制系统才有实用价值，也就是所谓的准。所以说一个高质量的电液伺服系统在整个控制过程中应该是既稳又快又准。

大多数工业上应用的电液伺服系统属于单输入单输出系统，可以近似看成线性定常系统，因此一般可采用频域法进行系统设计。系统设计的基本步骤如下：

(1)明确设计要求；

(2)拟定控制方案，绘制系统原理图；

(3)静态计算，确定动力元件参数，选择系统组成元件；

(4)动态计算，确定组成元件的动态特性，仿真系统稳定性和响应特性；

(5)选择液压油源。

电液伺服控制系统今后主要有以下几个发展方向：

(1)与电子技术和计算机技术相结合。随着电子组件系统的集成，电子组件接口和现场总线技术逐步应用于系统的控制中，从而实现高水平的信息系统。

(2)更加注重节能增效。变频技术和负荷传感系统等技术的应用将很大程度上提高系统效率。

(3)新型电液元件和一体化敏感元件将得到广泛研究，如具有抗污染、高精度的直动型电液控制阀，液压变换器及电子油泵等。

(4)计算机技术将广泛应用于电液控制系统的设计、建模和仿真试验中。包含CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助分析）、CAPP（计算机辅助工艺规划）、CAT（计算机辅助测试）、CIMS（计算机制造系统）将会在电液系统的全过程中发挥更大的作用。

(5)在电液系统中，像电磁材料、聚合物等新材料，无线电电液比例遥控系统将得到进一步的研究和应用。 2100433B

泵控电液伺服系统：采用普通异步电机 电液伺服专用泵 油泵电机伺服控制器，通过无速度传感矢量控制技术，实现了闭环反馈，系统动态响应快、控制精度高，安装简单、节电效果好、维护成本低。采用现场总线通讯模块，可方便实现多机联控和远程智能控制，对液压系统的节能和自动化行业的转型升级和新技术革命，具有颠覆性的意义。 2100433B

在交流伺服系统中，一般采用两相交流电动机作为执行部件。它的一个绕组是作为固定激磁用的,另一个绕组为控制绕组,两个绕组上电压的相位相差90°。两相交流电机工作可靠，交流放大器结构简单且没有零点漂移，加上测量元件又都采用交流电（例如旋转变压器），所以交流伺服系统简单可靠。但是交流电动机的效率较低,因此交流伺服系统一般仅用于100瓦以下的小功率场合。交流伺服系统的设计比直流伺服系统复杂得多，用于改善系统性能的校正装置（见控制系统校正方法）在结构上也比较复杂。2100433B

直流伺服系统适用的功率范围很宽，包括从几十瓦到几十千瓦的控制对象。通常，从提高系统效率的角度考虑,直流伺服系统多应用于功率在100瓦以上的控制对象。直流电动机的输出力矩同加于电枢的电流和由激磁电流产生的磁通有关。磁通固定时，电枢电流越大，则电动机力矩越大。电枢电流固定时，增大磁通量能使力矩增加。因此，通过改变激磁电流或电枢电流，可对直流电动机的力矩进行控制。对电枢电流进行控制时称电枢控制，这时控制电压加在电枢上。若对激磁电流进行控制，则将控制电压加在激磁绕组上，称为激磁控制。

电枢控制时，反映直流电动机的力矩T与转速N之间关系的机械特性基本上呈线性特性（见图1）。图1中Vc1，Vc1是加在电枢上的控制电压，负斜率D为阻尼系数。电枢电感一般较小,因此电枢控制可以获得很好的响应特性。缺点是负载功率要由电枢的控制电源提供，因而需要较大的控制功率，增加了功率放大部件的复杂性。例如,对要求控制功率较大的系统,必须采用发电机－电动机组、电机放大机和可控硅等大功率放大部件。

激磁控制时要求电枢上加恒流电源，使电动机的力矩只受激磁电流控制。恒流特性可通过在电枢回路中接入一个大电阻（10倍于电枢电阻）来得到。对于大功率控制对象，串联电阻的功耗会变得很大，很不经济。因此激磁控制只限于在低功率场合使用。电枢电源采用恒流源后，机械特性上的斜率等于零，引起电机的机电时间常数增加,加之激磁绕阻中的电感量较大,这些都使激磁控制的动态特性较差，响应较慢。