图7.2 液压缸速度调节过程示意图
图7.3为采用电液伺 服阀控制的液压缸速度 闭环自动控制系统。这 一系统不仅使液压缸速 度能任意调节，而且在 外界干扰很大（如负载 突变）的工况下，仍能 使系统的实际输出速度 与设定速度十分接近， 即具有很高的控制精度 和很快的响应性能。
图7.3 阀控油缸闭环控制系统原理图 1－齿条；2－齿轮；3－测速发电机； 4－给定电位计；5－放大器；6－电液 伺服阀；7－液压缸
（2）偏差。要使液压缸输出一定的力和速度，伺服阀必 须有一定的开口量，因此输入和输出之间必须有偏差信号。 液压缸运动的结果又力图消除这个误差。但在伺服系统工作 的任何时刻都不能完全消除这一偏差，伺服系统正是依靠这 一偏差信号进行工作的。
（3）放大。执行元件（液压缸）输出的力和功率远远大 于输入信号的力和功率，其输出的能量是液压能源供给的。
液压伺服系统
液压伺服系统
§7.1 概述 §7.2 典型的液压伺服控制元件 §7.3 电液伺服阀 §7.4 典型液压伺服系统的应用
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§11.1 概述
1.液压伺服系统的工作原理和特点
如图是一种进油节流调速（节流阀式）回路。 在这种回路中，调定节流阀的开口量，液压缸就以 某一调定速度运动。通过前述分析可知，当负载、 油温等参数发生变化时，这种系统将无法保证原有 的运动速度，因而其速度精度较低且不能满足连续 无级调速的要求。
图7.6所示为单边滑阀的工作原理。滑阀控制边的开口量xs控制着液压缸
右腔的压力和流量，从而控制液压缸运动的速度和方向。来自泵的压力
油进入单杆液压缸的有杆腔，通过活塞上小孔a进入无杆腔，压力由ps降 为p1，再通过控制滑阀唯一的节流边流回油箱。在液压缸不受外载作用 的条件下，p1A1=psA2。当阀芯根据输入信号向左移动时，开口量xs增 大，无杆腔压力减小，于是p1A1<psA2，缸体向左移动。因为缸体和阀 体连接成一个整体，故阀体左移又使开口量xs减小（负反馈），直至平衡。
理，当输入给定信号电压连续变化时，液压缸速度也随
之连续地按同样规律变化，即输出自动跟踪输入。
液压伺服系统的特点如下：
（1）反馈。把输出量的一部分或全部按一定方式回送到 输入端，并和输入信号进行比较，这就是反馈。在上例中， 反馈（测速装置输出）电压和给定（输入信号）电压是异号 的，即反馈信号不断地抵消输入信号，这是负反馈。自动控 制系统大多数是负反馈。
（4）跟踪。液压缸的输出量完全跟踪输入信号的变化。
2.液压伺服系统的职能方块图和系统的组成环节
图7.4是上述速度伺服系统的职能方框图。图中一个方 框表示一个元件，方框中的文字表明该元件的职能。带有箭 头的线段表示元件之间的相互作用，即系统中信号的传递方 向。职能方框图明确地表示了系统的组成元件、各元件的职 能以及系统中各元件的相互作用。因此，职能方框图是用来 表示自动控制系统工作过程的。由职能方框图可以看出，上 述速度伺服系统是由输入（给定）元件、比较元件、放大及 转换元件、执行元件、反馈元件和控制对象组成的。
图7.7 双边控制滑阀的工作原理
图7.8所示为四边滑阀的工作原理。滑阀有四个控制 边，开口xs1、xs2分别控制进入液压缸两腔的压力油，开口 xs3、xs4分别控制液压缸两腔的回油。当滑阀向左移动时， 液压缸左腔的进油口xs1减小，回油口xs3增大，使p1迅速减 小；与此同时，液压缸右腔的进油口xs2增大，回油口xs4减 小，使p2迅速增大。这样就使活塞迅速左移。与双边控制 滑阀相比，四边控制滑阀同时控制液压缸两腔的压力和流 量，故调节灵敏度高，工作精度也高。
图7.12是一种典型的电液伺服阀 工作原理图。它由电磁和液压两部分 组成，电磁部分是一个力矩马达，液 压部分是一个两级液压放大器。液压 放大器的第一级是双喷嘴挡板阀，称 前置放大级；第二级是四边滑阀，称 功率放大级。电液伺服阀的结构原理 如下。
图7.12 电液伺服阀的结构原理 1－永久磁铁；2、4－导磁体； 3－衔铁；5－线圈；6－弹簧 7 －挡板；8－喷嘴；9－滑阀；
图7.8 四边控制滑阀的工作原理
由上述可知，单边、双边和四边控制滑阀的控制作 用是相同的，均起到换向和调节的作用。控制边数越多， 控制质量越好，但其结构工艺性差。在通常情况下，四边 控制滑阀多用于精度要求较高的系统；单边、双边控制滑 阀用于一般精度系统。
四边滑阀在初始平衡的状态下，其开口有三种形式， 即负开口（xs<0）、零开口（ xs=0 ）和正开口（ xs>0 ）， 如图7.9所示。具有零开口的控制滑阀，其工作精度最高； 负开口控制滑阀有较大的不灵敏区，较少采用；具有正开 口的控制滑阀，工作精度较负开口高，但功率损耗大，稳 定性也差。
这里将节流阀的开口大小定义为输入量，将液
压缸的运动速度定义为输出量或被调节量。在上述
系统中，当负载、油温等参数的变化而引起输出量
（液压缸速度）变化时，这个变化并不影响或改变
输入量（阀的开口大小），这种输出量不影响输入
量的控制系统被称为开环控制系统。
图7.1 进口节流阀 式节流调速回路
为了提高系统的控制精度，可以设想节流阀由操作 者来调节。在调节过程中，操作者不断地观察液压缸 的测速装置所测出的实际速度，并判断实际速度与所 要求的速度之间的差别。然后，操作者按这一差别来 调节节流阀的开口量，以减少这一差值（偏差）。例 如，由于负载增大而使液压缸的速度低于希望值时， 操作者就相应地加大节流阀的开口量，从而使液压缸 的速度达到希望值。这一调节过程可用图7.2表示。
（3）比较元件。将输入信号和反馈信号进行比较，并 将其差值（偏差信号）作为放大转换元件的输入。有时系 统中不一定有单独的比较元件，而是由反馈元件、输入元 件或放大元件的一部分来实现比较功能。
（4）放大、转换元件。将偏差信号放大并转换 （电气、液压、气动、机械间相互转换）后，控制执行 元件动作。如上例中的电液伺服阀。
（2）按输入信号的不同分类：有机液伺服系统、电液伺 服系统、气液伺服系统等。
（3）按输出的物理量分类：有位置伺服系统、速度伺服 系统、力（或压力）伺服系统等。
（4）按控制元件分类：有阀控系统和泵控系统。
在机械设备中，阀控系统应用较多，故本章重点介绍阀 控系统。
4.液压伺服系统的优缺点
液压伺服系统除具有液压传动系统所固有的 一系列优点外，还具有控制精度高、响应速度 快、自动化程度高等优点。
10－节流孔；11－滤油器
控制元件-电液伺服阀
挡板 先导控制油腔
喷嘴
挡板一方面与力 矩马达衔铁连接， 另一方面，其穿过 两个喷嘴，与主阀 芯连接。
主阀芯
1.力矩马达
图7.6 单边滑阀的工作原理
图7.7所示为双边滑阀的工作原理。压力油一路直接进入
液压缸有杆腔，另一路经滑阀左控制边的开口xs1和液压缸 无杆腔相通，并经滑阀右控制边的开口xs2流回油箱。当滑 阀向左移动时，xs1减小，xs2增大，液压缸无杆腔压力p1减
小，两腔受力不平衡，缸体向左移动。反之缸体向右移动； 双边控制滑阀比单边控制滑阀的调节灵敏度高、工作精度高。
两接收孔内油液的压力相等，液压缸不动。当输入信号使射
流管绕O轴向左摆动一小角度时，进入孔b的油液压力就比进
入孔a的油液压力大，液压缸向左移动。由于接收板和缸体连
结在一起，接收板也向受孔中间位置时，液压缸停止运动。
射流管阀的优点是结构简单、动
作灵敏、工作可靠。它的缺点是射流
上述系统的工作原理如下：在某一稳定状态下，液
压缸速度由测速装置测得（齿条1、齿轮2和测速发电机
3）并转换为电压uf0。这一电压与给定电位计4输入的电 压信号ug0进行比较。其差ue0=ug0-uf0值经积分放大器放 大后，以电流i0输入给电液伺服阀6。
电液伺服阀按输入电流的大小和方向自动地调节其
开口量的大小和移动方向，控制输出油液的流量大小和
方向。对应所输入的电流i0，电液伺服阀的开口量稳定 地维持在xv0，伺服阀的输出流量为q0，液压缸速度保持
为恒值0。
如果由于干扰的存在引起液压缸速度增大，则测速
装置的输出电压uf>uf0，而使ue=ug0-uf<ue0，放大器 输出电流i<i0。电液伺服阀开口量相应减小，使液压缸 速度降低，直到=0时，调节过程结束。按照同样原
压缸停止运动。
喷嘴挡板阀的优点是结构简单、
加工方便、运动部件惯性小、反应快、
精度和灵敏度高；缺点是能量损耗大、
抗污染能力差。喷嘴挡板阀常用作多
级放大伺服控制元件中的前置级。
图7.11 喷嘴挡板阀的工作原理 1－挡板；2、3－喷嘴；4、5－
节流小孔
§7.3 电液伺服阀
电液伺服阀是电液联合控制的多 级伺服元件，它能将微弱的电气输入 信号放大成大功率的液压能量输出。 电液伺服阀具有控制精度高和放大倍 数大等优点，在液压控制系统中得到 了广泛的应用。
喷嘴之间形成两个可变的节流缝隙1和2。当挡板处于中间位
置时，两缝隙所形成的节流阻力相等，两喷嘴腔内的油液压
力相等，即p1=p2，液压缸不动。压力油经孔道4和5、缝隙1 和2流回油箱。当输入信号使挡板向左偏摆时，可变缝隙1关 小， 2开大，p1上升，p2下降，液压缸缸体向左移动。因负
反馈作用，当喷嘴跟随缸体移动到挡板两边对称位置时，液
图7.4 速度伺服系统职能方框图
实际上，任何一个伺服系统都是由这些元件（环节） 组成的，如图7.5所示。
图7.5 控制系统的组成环节
下面对图中各元件做一些说明：
（1）输入（给定）元件。通过输入元件，给出必要的 输入信号。如上例中由给定电位计给出一定电压，作为系 统的控制信号。
（2）检测、反馈信号。它随时测量输出量（被控量） 的大小，并将其转换成相应的反馈信号送回到比较元件。 上例中由测速发电机测得液压缸的运动速度，并将其转换 成相应的电压作为反馈信号。
图7.2 液压缸速度调节过程示意图