關(guān)于液壓伺服系統(tǒng)的研究

吳向東

摘要隨著液壓伺服控制技術(shù)的飛速發(fā)展，液壓伺服系統(tǒng)的應用越來越廣泛，隨之液壓伺服控制也出現(xiàn)了一些新的特點，基于此對于液壓伺服系統(tǒng)的工作原理進行研究，并進一步探討液壓傳動的優(yōu)點和缺點和改造方向，以期能夠?qū)τ谙嚓P(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)數(shù)控改造

中圖分類號：TP2文獻標識碼：A文章編號：1671-7597(2009)0410137-01

一、引言

液壓控制技術(shù)是以流體力學、液壓傳動和液力傳動為基礎，應用現(xiàn)代控制理論、模糊控制理論，將計算機技術(shù)、集成傳感器技術(shù)應用到液壓技術(shù)和電子技術(shù)中，為實現(xiàn)機械工程自動化或生產(chǎn)現(xiàn)代化而發(fā)展起來的一門技術(shù)，它廣泛的應用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)、化工、輕紡、交通運輸、機械制造中都有廣泛的應用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機電一體化的進程不斷加快，技術(shù)裝各的工作精度、響應速度和自動化程度的要求不斷提高，對液壓控制技術(shù)的要求也越來越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點，并進一步探討了液壓傳動的優(yōu)點和缺點和改造方向。

二、液壓伺服控制系統(tǒng)原理

目前以高壓液體作為驅(qū)動源的伺服系統(tǒng)在各行各業(yè)應用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優(yōu)點：易于實現(xiàn)直線運動的速度位移及力控制，驅(qū)動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應速度快，控制精度高，穩(wěn)定性容易保證等。

液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點：(1)在系統(tǒng)的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋介質(zhì)可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統(tǒng)的主反饋是負反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差。(3)系統(tǒng)的輸入信號的功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以達到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據(jù)伺服系統(tǒng)偏差大小自動進行的。

綜上所述，液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實際輸出與希望值相符。

在液壓伺服控制系統(tǒng)中，控制信號的形式有機液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和氣液伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)中系統(tǒng)的給定、反饋和比較環(huán)節(jié)采用機械構(gòu)件，常用于飛機舵面操縱系統(tǒng)、汽車轉(zhuǎn)向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構(gòu)中的摩擦、間隙和慣性會對系統(tǒng)精度產(chǎn)生不利影響。電液伺服系統(tǒng)中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統(tǒng)、數(shù)字伺服系統(tǒng)或數(shù)字模擬混合伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)具有控制精度高、響應速度高、信號處理靈活和應用廣泛等優(yōu)點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統(tǒng)。

三、液壓傳動帕優(yōu)點和缺點

液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優(yōu)點：

1液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構(gòu)，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅(qū)動，以克服長驅(qū)動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

2液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達的體積為電動機的12％～13％。液壓泵和液壓馬達單位功率的體積目前是發(fā)電機和電動機的1／10，可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達可實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調(diào)速。

3傳遞運動均勻平穩(wěn)，負載變化時速度較穩(wěn)定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行潤滑，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現(xiàn)自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時，能很容易的實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現(xiàn)遙控。液壓元件己實現(xiàn)了標準化、系列化、和通用化，便于設計、制造和推廣使用。

液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點：1液壓系統(tǒng)的漏油等因素，影響運動的平穩(wěn)性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩(wěn)定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障不易檢查和排除。

總之，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。

四、機床數(shù)控改造方向

(一)加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區(qū)分出來的，反饋檢測元件的精度對系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用。在設計數(shù)控機床、尤其是高精度或太中型數(shù)控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數(shù)量級?？傊?，高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測元件作為保證。

(二)先局部后整體。確定改造步驟時，應把整個電氣設備部分改造先分成若干個子系統(tǒng)進行，如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主軸、進給系統(tǒng)、面板控制與強電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統(tǒng)工作中，應先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進。

(三)提高可靠性。數(shù)控機床是一種高精度、高效率的自動化設備，如果發(fā)生故障其損失就更大，所以提高數(shù)控機床的可靠性就顯得尤為重要?？煽慷仁窃u價可靠性的主要定量指標之一，其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。對數(shù)控機床來說，它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機床的使用功能，例如數(shù)控機床的各種機能，伺服性能等。

五、結(jié)語

液壓技術(shù)在高、新、尖技術(shù)裝備中有著舉足輕重的作用，掌握液壓控。