電液伺服系統

電液伺服系統是一種反饋控制系統，主要由電信號處理裝置和液壓動力機構組成。典型電液伺服系統組成元件如下：

(1)給定元件。它可以是機械裝置，如凸輪、連桿等，提供位移信號；也可是電氣元件，如電位計等，提供電壓信號。

(2)反饋檢測元件。用來檢測執行元件的實際輸出量，並轉換成反饋信號。它可以是機械裝置，如齒輪副、連桿等；也可是電氣元件，如電位計、測速發電機等。

(3)比較元件。用來比較指令信號和反饋信號，並得出誤差信號。實際中一般沒有專門的比較元件，而是由某一結構元件兼職完成。

(4)放大、轉換元件。將比較元件所得的誤差信號放大，並轉換成電信號或液壓信號(壓力、流量)。它可以是電放大器、電液伺服閥等。

(5)執行元件。將液壓能轉變為機械能，產生直線運動或旋轉運動，並直接控制被控對象。一般指液壓缸或液壓馬達。

(6)被控制對象。指系統的負載，如工作台等。

以上六部分是液壓伺服系統的基本組成。此外，可增設校正元件來改善系統性能；增設比例元件來使輸入信號按比例變化。 ^[2] 

電液伺服系統又稱跟蹤系統，是一種自動控制系統，在這種系統中，執行元件能夠自動、快速而準確地按照輸入信號的變化規律而動作。同時，系統還起到將信號功率放大的作用。這種由電液元件組成的系統稱為液壓伺服系統。其特點如下：

(1)伺服系統是一個位置跟蹤系統。輸出位移自動地跟隨輸入位移的變化規律而變化，體現為位置跟隨運動。

(2)伺服系統是一個功率放大系統。推動滑閥閥芯所需的功率很小，而系統的輸出功率卻可以很大，可帶動較大的負載運動。

(3)伺服系統是一個負反饋系統。輸出位移之所以能夠精確地復現輸入位移的變化。是因為控制滑閥的閥體和液壓缸體固連在一起，構成了一個負反饋控制通路。液壓缸輸出位移，通過這個反饋通路回輸給滑閥閥體，並與輸入位移相比較。從而逐漸減小和消除輸出位移和輸入位移之間的偏差，直到兩者相同為止。因此負反饋環節是液壓伺服系統中必不可少的重要環節。負反饋也是自動控制系統具有的主要特徵。 ^[3] 

電液伺服系統是一個有誤差系統。當液壓缸位移和閥芯位移之間不存在偏差時，系統就處於靜止狀態。由此可見，若使液壓缸克服工作阻力並以一定的速度運動，首先必須保證滑閥有一定的閥口開度，這就是電液伺服系統工作的必要條件。液壓缸運動的結果總是力圖減少這個誤差，但在其工作的任何時刻也不可能完全消除這個誤差。沒有誤差，伺服系統就不能工作。

電液伺服系統的基本原理是：反饋信號與輸入信號相比較得出偏差信號，利用該偏差信號控制液壓能源輸入到系統的能量，使系統向着減小偏差的方向變化，直至偏差等於零或足夠小，從而使系統的實際輸出與希望值相符。 ^[3] 

電液伺服系統是反饋控制系統，它是按照偏差原理來進行工作的，因此在實際工作中，由於負載及系統各組成部分都有一定的慣性，油液有可壓縮性等，當輸入信號發生變化時，輸出量並不能立刻跟着發生相應的變化，而是需要一個過程。在這個過程中，系統的輸出量以及系統各組成部分的狀態隨時間的變化而變化。這就是通常所説的過渡過程或動態過程。如果系統的動態過程結束後，又達到新的平衡狀態，則把這個平衡狀態稱為穩態或靜態。

一般來説，系統在振盪過程中，由於存在能量損失，振盪將會越來越小，很快就會達到穩態。但是，如果活塞一負載的慣性很大，油液因混入了空氣而壓縮較大，液壓缸和導管的剛性不足，或系統的結構及其元件的參數選擇不當，則振盪遲遲不得消失，甚至還會加劇，導致系統不能工作。出現這種情況時，系統被認為是不穩定的。因此，對液壓伺服系統的基本要求首先是系統的穩定性。不穩定的系統根本無法工作。除此以外，還要從穩、快、準三個指標來衡量系統性能的好壞：穩和快反映了系統過渡過程的性能，既快又穩；由控制過程中輸出量偏離希望值小，偏離的時間短，表明系統的動態精度高。另外，系統的穩態誤差必須在允許範圍之內，控制系統才有實用價值，也就是所謂的準。所以説一個高質量的電液伺服系統在整個控制過程中應該是既穩又快又準。 ^[3] 

大多數工業上應用的電液伺服系統屬於單輸入單輸出系統，可以近似看成線性定常系統，因此一般可採用頻域法進行系統設計。系統設計的基本步驟如下：

(1)明確設計要求；

(2)擬定控制方案，繪製系統原理圖；

(3)靜態計算，確定動力元件參數，選擇系統組成元件；

(4)動態計算，確定組成元件的動態特性，仿真系統穩定性和響應特性；

(5)選擇液壓油源。 ^[1] 

電液伺服控制系統今後主要有以下幾個發展方向：

(1)與電子技術和計算機技術相結合。隨着電子組件系統的集成，電子組件接口和現場總線技術逐步應用於系統的控制中，從而實現高水平的信息系統。

(2)更加註重節能增效。變頻技術和負荷傳感系統等技術的應用將很大程度上提高系統效率。

(3)新型電液元件和一體化敏感元件將得到廣泛研究，如具有抗污染、高精度的直動型電液控制閥，液壓變換器及電子油泵等。

(4)計算機技術將廣泛應用於電液控制系統的設計、建模和仿真試驗中。包含CAD（計算機輔助設計）、CAE（計算機輔助分析）、CAPP（計算機輔助工藝規劃）、CAT（計算機輔助測試）、CIMS（計算機制造系統）將會在電液系統的全過程中發揮更大的作用。

(5)在電液系統中，像電磁材料、聚合物等新材料，無線電電液比例遙控系統將得到進一步的研究和應用。 ^[2]