電液伺服控制系統(tǒng) (即電氣‐液壓伺服控制系統(tǒng))是自動(dòng)控制系統(tǒng)之一,如省略 “電液”兩字,只講伺服控制系統(tǒng),則可能是指電氣伺服控制系統(tǒng)。“電液”兩字還用于區(qū)別 “機(jī)液”和 “氣液”,因?yàn)檫有機(jī)液伺服控制系統(tǒng) (即機(jī)械‐液壓伺服控制系統(tǒng))和氣液伺服控制系統(tǒng)(即氣動(dòng)‐液壓伺服控制系統(tǒng))。
自動(dòng)控制系統(tǒng)是無(wú)須人干預(yù)其運(yùn)行的控制系統(tǒng),它分成主控系統(tǒng)和被控系統(tǒng)。
電液伺服控制液壓系統(tǒng)的分類(lèi)
電液伺服系統(tǒng)或電液伺服控制系統(tǒng)可以按選定的屬性 (或概念)進(jìn)行分類(lèi),將具有某種共同屬性 (或特征)液壓系統(tǒng)集合在一起,而其每一種分類(lèi)都代表液壓系統(tǒng)一定的特點(diǎn) (征)。
(1)按系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化規(guī)律分類(lèi)
液壓伺服控制系統(tǒng)按輸人信號(hào)的變化規(guī)律不同可分為:定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)輸人信號(hào)為定值時(shí),稱(chēng)為定值控制系統(tǒng)。對(duì)定值控制系統(tǒng),基本任務(wù)是提高系統(tǒng)的抗干擾性,將系統(tǒng)的實(shí)際輸出量保持在希望值上。當(dāng)系統(tǒng)的輸人信號(hào)按預(yù)先給定的規(guī)律變化時(shí),稱(chēng)為程序控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)也稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng),其輸人信號(hào)是時(shí)間的未知函數(shù),而輸出量能夠準(zhǔn)確、快速地復(fù)現(xiàn)輸人量的變化規(guī)律。
(2)按采用的液壓控制元件分類(lèi)
在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)或液壓傳動(dòng)及控制系統(tǒng)中,如其含有電液伺服閥或∕和電液伺服變量泵這些典型元件,則可將其稱(chēng)為電液伺服系統(tǒng)或電液伺服控制系統(tǒng)。按所采用的液壓控制元件不同,電液伺服控制系統(tǒng)可分為閥控電液伺服控制系統(tǒng)和泵控電液伺服控制系統(tǒng)。進(jìn)一步根據(jù)采用的液壓執(zhí)行元件的不同,還可分為閥控液壓缸、閥控液壓馬達(dá)、泵控液壓缸和泵控液壓馬達(dá)電液伺服控制系統(tǒng)。但是實(shí)踐中卻有電液伺服變量泵和電液伺服閥這種組合的電液伺服控制系統(tǒng),因此只能講閥控電液伺服控制系統(tǒng)一般是節(jié)流控制,泵控電液伺服控制系統(tǒng)一般是容積控制。
伺服閥是一種連續(xù)控制閥,而連續(xù)控制閥是響應(yīng)連續(xù)的輸人信號(hào)以連續(xù)方式控制系統(tǒng)能量流的閥,其包括所有類(lèi)型的伺服閥和比例控制閥。
電調(diào)制液壓控制閥主要包括電調(diào)制液壓 (方向)流量控制閥和電調(diào)制壓力控制閥兩大類(lèi)。因目前普通工業(yè)領(lǐng)域較少采用電調(diào)制壓力控制閥,所以,如不加特別說(shuō)明,在本書(shū)中電液伺服閥均指電調(diào)制液壓 (方向)流量控制閥或電調(diào)制液壓流量控制閥。電調(diào)制液壓流量控制閥是隨連續(xù)不斷變化的電輸人信號(hào)而提供成比例的流量控制的液壓閥。
液壓變量泵 (馬達(dá))的變量型式多種多樣,按照操縱方式不同,有手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)、比例、伺服及它們的組合等﹔按變量控制方式可分為壓力控制、流量控制、功率控制、負(fù)載 (荷)敏感 (傳感)控制、功率限制控制、轉(zhuǎn)矩限制控制及它們的組合﹔還可分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制,其中閉環(huán)控制又有恒壓、恒流、恒功率和負(fù)載敏感的適應(yīng)性控制等。
電液伺服變量泵只是液壓變量泵中的一種,且本身應(yīng)是閉環(huán)控制,其變量機(jī)構(gòu)亦是一種電液伺服控制系統(tǒng)。
(3)按控制信號(hào)類(lèi)型分類(lèi)
按控制系統(tǒng)中控制信號(hào)類(lèi)型來(lái)分,電液伺服控制系統(tǒng)可分模擬信號(hào)、離散 (數(shù)字)信號(hào)和混合信號(hào)三種。
因在實(shí)際中很難見(jiàn)到純數(shù)字控制系統(tǒng),作者傾向于將混合信號(hào)控制系統(tǒng)歸類(lèi)到離散 (數(shù)字)信號(hào)控制系統(tǒng),在其他參考文獻(xiàn)中也有如此分類(lèi)。
因此,如在系統(tǒng)中某一處或數(shù)處的信號(hào)是脈沖序列或數(shù)字量傳遞的系統(tǒng)即可稱(chēng)為離散(數(shù)字)控制系統(tǒng),亦即分為電液數(shù)字伺服控制系統(tǒng)。在離散控制系統(tǒng)中,數(shù)字測(cè)量、放大、比較、給定等一般均由微處理機(jī)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)的輸出經(jīng)D∕A轉(zhuǎn)換加給電液伺服閥放大器,然后再去驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行元件﹔或由 (數(shù)字)計(jì)算機(jī)直接輸出數(shù)字信號(hào),經(jīng)數(shù)字放大器后驅(qū)動(dòng)數(shù)字式液壓執(zhí)行元件。
在系統(tǒng)中各部分傳遞的信號(hào)都是連續(xù)時(shí)間變量的系統(tǒng)稱(chēng)為連續(xù)控制系統(tǒng),亦即可分為電液模擬伺服控制系統(tǒng)。連續(xù)控制系統(tǒng)又有線(xiàn)性系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng)之分。用線(xiàn)性微分方程描述的系統(tǒng)稱(chēng)為線(xiàn)性系統(tǒng),不能用線(xiàn)性微分方程描述、存在著非線(xiàn)性部件的系統(tǒng)稱(chēng)為非線(xiàn)性系統(tǒng)。
在連續(xù)控制系統(tǒng)中,其所傳遞的控制信號(hào)、反饋信號(hào)、偏差信號(hào)等都是連續(xù)時(shí)間的函數(shù)。而在離散控制系統(tǒng)中,上述這些信號(hào)都是以數(shù)字的型式給出的,這些信號(hào)都是離散的時(shí)間函數(shù)。
因連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)的信號(hào)型式有較大差別,所以在系統(tǒng)分析方法上也有明顯不同。連續(xù)控制系統(tǒng)用微分方程來(lái)描述系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),并用拉氏變換法求解微分方程﹔而離散控制系統(tǒng)則用差分方程來(lái)描述系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),用Z變換法引出脈沖傳遞函數(shù)來(lái)研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。
(4)按被控物理量分類(lèi)
按被控物理量的不同,電液伺服控制系統(tǒng)可分為位置 (或轉(zhuǎn)角)控制電液伺服控制系統(tǒng)、速度 (或轉(zhuǎn)速)控制電液伺服控制系統(tǒng)、力 (或力矩)控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)和其他物理量 匚溫度、加速度 (或角加速度)等⏋控制系統(tǒng)等。
在被控對(duì)象是機(jī)械平動(dòng) (直線(xiàn))運(yùn)動(dòng)時(shí),位置控制電液伺服控制系統(tǒng)的被控物理量還可為位移。
在被控對(duì)象是機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng) (旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)角控制電液伺服控制系統(tǒng)的被控物理量還可(表述)為角位置或角位移。
(5)按系統(tǒng)的控制方式分類(lèi)
按控制方式來(lái)分,電液伺服控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。開(kāi)環(huán)控制是輸出變量不持久影響其本身具有的控制作用的控制﹔閉環(huán)控制或反饋控制是使控制作用持久地取決于被控變量測(cè)量結(jié)果的控制。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、一般不存在穩(wěn)定性問(wèn)題,但系統(tǒng)的控制精度易受內(nèi)、外部干擾的影響,因此常用于對(duì)于控制精度要求一般的場(chǎng)合。閉環(huán)控制系統(tǒng)不僅能使被控 (輸出)變量隨參比變量的變化而變化,而且還能將輸出變量反饋到輸人端,用以與輸人變量進(jìn)行比較,再將比較后的偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大,推動(dòng)執(zhí)行元 (部)件,從而實(shí)現(xiàn)了以偏差來(lái)消除誤差,或?qū)⒄`差控制在所要求的精度范圍內(nèi)。閉環(huán)控制系統(tǒng)因此具有一定的抗干擾能力,但卻存在一個(gè)穩(wěn)定性問(wèn)題,控制調(diào)節(jié)也比較復(fù)雜,所以一般用于精度要求較高的重要場(chǎng)合。
從原理上講,開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制均可以用于電液伺服控制系統(tǒng),但就目前大多數(shù)情況而言,開(kāi)環(huán)控制主要用于比例控制,閉環(huán)控制主要用于伺服控制。
隨著閉環(huán)比例閥和伺服比例閥的出現(xiàn),電液比例控制系統(tǒng)中采用閉環(huán)控制的也在增加,這是比例控制技術(shù)和伺服控制技術(shù)相互融合、發(fā)展的結(jié)果。實(shí)際上,現(xiàn)在的伺服控制與比例控制已越來(lái)越難以區(qū)分。