淺談液壓伺服系統工作原理

摘要：介紹了液壓系統的構成，闡述了液壓伺服系統的工作原理、數學模型。結合生產實際，分析了幾種常見液壓伺服系統的設計。

關鍵詞：液壓伺服系統；工作原理；數學模型。

1.前言：

液壓伺服系統以其響應速度快、負載剛度大、控制功率大等獨特的優點在工業控制中得到了廣泛的應用。電液伺服系統通過使用電液伺服閥，將小功率的電信號轉換為大功率的液壓動力，從而實現了一些重型機械設備的伺服控制。

2.液壓伺服系統工作原理及數學模型

2.1.工作原理

液壓伺服系統是使系統的輸出量，如位移、速度或力等，能自動地、快速而準確地跟隨輸入量的變化而變化，與此同時，輸出功率被大幅度地放大。 圖1所示為一個對管道流量進行連續控制的電液伺服系統。在大口徑流體管道1中，閥板2的轉角θ變化會產生節流作用而起到調節流量qT的作用。閥板轉動由液壓缸帶動齒輪、齒條來實現。這個系統的輸入量是電位器5的給定值xi。對應給定值xi，有一定的電壓輸給放大器7，放大器將電壓信號轉換為電流信號加到伺服閥的電磁線圈上，使閥芯相應地產生一定的開口量xv。閥開口xv使液壓油進入液壓缸上腔，推動液壓缸向下移動。液壓缸下腔的油液則經伺服閥流回油箱。液壓缸的向下移動，使齒輪、齒條帶動閥板產生偏轉。同時，液壓缸活塞桿也帶動電位器6的觸點下移xp。當xp所對應的電壓與xi所對應的電壓相等時，兩電壓之差為零。這時，放大器的輸出電流亦為零，伺服閥關閉，液壓缸帶動的閥板停在相應的qT位置。

在控制系統中，將被控制對象的輸出信號回輸到系統的輸入端，并與給定值進行比較而形成偏差信號以產生對被控對象的控制作用，這種控制形式稱之為反饋控制。反饋信號與給定信號符號相反，即總是形成差值，這種反饋稱之為負反饋。用負反饋產生的偏差信號進行調節，是反饋控制的基本特征。而對圖1所示的實例中，電位器6就是反饋裝置，偏差信號就是給定信號電壓與反饋信號電壓在放大器輸入端產生的△u。

2.2.數學模型

為了對伺服系統進行定量研究，應找出系統中各變量（物理量）之間的關系。不但要搞清楚其靜態關系，還要知道其動態特性，即各物理量隨時間而變化的過程。描述這些變量之間關系的數學表達式稱之為數學模型。

2.2.1. 微分方程

伺服系統的動態行為可用各變量及其各階導數所組成的微分方程來描述。當微分方程各階導數為零時，則變成表示各變量間靜態關系的代數方程。有了系統運動的微分方程就可知道系統各變量的靜態和動態行為。該微分方程就是系統的數學模型。

3 .設計及應用

動力元件參數選擇除應滿足拖動負載和系統性能兩方面的要求外，還應考慮與負載的最佳匹配。下面著重介紹與負載最佳匹配問題。

1）動力元件的輸出特性

將伺服閥的流量——壓力曲線經坐標變換 繪于υ-FL平面上，所得的拋物線即為動力元件穩態時的輸出特性，見圖4。

在負載軌跡曲線υ-FL平面上，畫出動力元件輸出特性曲線，調整參數，使動力元件輸出特性曲線從外側完全包圍負載軌跡曲線，即可保證動力元件能夠拖動負載。在圖38中，曲線1、2、3代表三條動力元件的輸出特性曲線。曲線2與負載軌跡最大功率點c相切，符合負載最佳匹配條件，而曲線1、3上的工作

點α和b，雖能拖動負載，但效率都較低。

4結束語

本文主要介紹了液壓系統的工作原理，數學模型，以及主要元件的選型，對于現場安裝、調試、維護并未涉及。

參考文獻：

[1] 何存興，張鐵華主編。液壓傳動與氣壓傳動。武漢：華中科技大學出版社，2000

[2]明仁雄，萬會雄主編。液壓傳動與氣壓傳動。 北京：機械工業出版社，2004

[3]SMC（中國）有限公司。現代實用氣動技術。北京：機械工業出版社，2005.