电液伺服控制系统概述
摘要：电液伺服控制是液压领域的重要分支。

多年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率——重量比和大功率液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。

特别是控制理论在液压系统中的应用、计算及电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在原件和系统方面、理论与应用方面都日趋完善和成熟，并形成一门学科。

目前液压技术已经在许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门及飞机、船舶部门等。

关键词：电液伺服控制液压执行机构
伺服系统又称随机系统或跟踪系统，是一种自动控制系统。

在这种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律动作。

液压伺服系统是以液压为动力的自动控制系统，由液压控制和执行机构所组成。

一、电液控制系统的发展历史
液压控制技术的历史最早可以追溯到公元前240年,一位古埃及人发明的液压伺服机构——水钟。

而液压控制技术的快速发展则是在18世纪欧洲工业革命时期,在此期间,许多非常实用的发明涌现出来,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。

18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。

19世纪初液压技术取得了一些重大的进展,其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。

第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。

出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。

20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。

这些应用最初包括雷达驱动、制导平台驱动及导弹发射架控制等,后来又扩展到导弹的飞行控制、雷达天线的定位、飞机飞行控制系统的增强稳定性、雷达磁控管腔的动态调节以及飞行器的推力矢量控制等。

电液伺服驱动器也被用于空间运载火箭的导航和控制。

电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。

在早些时候,数控机床的工作台定位伺服装置中多采用电液系统(通常是液压伺服马达)来代替人工操作,其次是工
程机械。

在以后的几十年中,电液控制技术的工业应用又进一步扩展到工业机器人控制、塑料加工、地质和矿藏探测、燃气或蒸汽涡轮控制及可移动设备的自动化等领域。

电液比例控制技术及比例阀在20世纪60年代末70年代初出现。

70年代,随着集成电路的问世及其后微处理器的诞生,基于集成电路的控制电子器件和装置广泛应用于电液控制技术领域。

现代飞机上的操纵系统。

如驼机、助力器、人感系统，发动机与电源系统的恒速与恒频调节，火力系统中的雷达与炮塔的跟踪控制等大都采用了电液伺服控制系统。

飞行器的地面模拟设备，包括飞行模拟台、负载模拟器大功率模拟振动台、大功率材料实验加载等大多采用了电液控制，因此电液伺服控制的发展关系到航空与宇航事业的发展，在其他的国防工业中如机器人也大量使用了电液控制系统。

二、电液伺服控制系统的特点和构成
电液伺服控制系统特点:均为闭环系统;输出为位置、速度、力等各种物理量;控制元件为伺服阀(零遮盖、死区极小、滞环小、动态响应高、清洁度要求高)；控制精度高;响应速度快；用于高性能场合。

液压伺服系统是由以下一些基本元件组成；
输入元件——将给定值加于系统的输入端的元件。

该元件可以是机械的、电气的、液压的或者是其它的组合形式。

反馈测量元件——测量系统的输出量并转换成反馈信号的元件。

各种类形的传感器常用作反馈测量元件。

比较元件——将输入信号与反馈信号相比较，得出误差信号的元件。

放大、能量转换元件——将误差信号放大，并将各种形式的信号转换成大功率的液压能量的元件。

电气伺服放大器、电液伺服阀均属于此类元件；
执行元件——将产生调节动作的液压能量加于控制对象上的元件，如液压缸或液压马达。

控制对象——各类生产设备，如机器工作台、刀架等。

构成图如下
三、电液伺服系统的分类与优缺点
(1)分类
1.按输出的物理量分为位置伺服系统、速度伺服系统、力（或压力）伺服系统等。

2.按控制信号分为机液伺服系统、电液伺服系统、气液伺服系统。

3.按控制元件分为阀控系统和泵控系统两大类。

在机械设备中以阀控系统应用较多。

(2)优缺点
电液伺服系统除具有液压传动所固有的一系列优点外，还具有承载能力大、控制精度高、响应速度块、自动化程度高、体积小，重量轻等优点。

但是，液压伺服元件加工精度高，价格较贵；对油液的污染较敏感，可靠性受到影响；在小功率系统中，液压伺服控制不如电子线路控制灵活。

四、液压伺服系统设计
在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。

液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。

位置控制、速度控制、力控制。

三类液压伺服系统一般的设计步骤如下：
1)明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。

2)拟定控制方案，画出系统原理图。

3)静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。

4)动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。

5)校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。

6)选择液压能源及相应的附属元件。

7)完成执行元件及液压能源施工设计。

五、电液伺服控制系统的发展趋势
电液伺服控制已经开始向数字化发展,液压技术同电子技术、控制技术的结合日益紧密,电液元件和系统的性能有了进一步的提高。

电液伺服控制将在电子设备、控制策略、软件和材料方面取得更大的突破,主要包括以下几个方面。

(1)与电子技术、计算机技术融为一体。

随着电子组件系统的集成,相应的电子组件接口和现场总线技术开始应用于电液系统的控制中,从而实现高水平的信息系统,该系统简化了控制环节、易于维护,提高液压系统的可控性能和诊断性能。

(2)更加注重节能增效。

负荷传感系统和变频技术等新技术的应用将使效率大大提高。

(3)新型电液元件和一体化敏感元件将得到广泛研究和应用,如具有耐污染、高精度、高频响的直动型电液控制阀,液压变换器及电子油泵等的研究。

(4)计算机技术将广泛应用于电液控制系统的设计、建模、仿真试验和控制中。