如图 1 所示，该液压位置伺服系统由放大器、电液伺服阀、液压缸、负载以及位置传
感器等组成。输入信号经放大后送入电液伺服阀，小功率电信号经由伺服阀转化为阀芯位移
信号，然后转换成流量和压力等液压信号，这些信号最后驱动液压缸带动负载完成指定动作。
因电液伺服阀实现了电液信号的转换和液压功率放大两个功能，故电液伺服阀在伺服系统中
起桥梁的作用，是系统的心脏，本文中位置伺服系统采用动铁力矩马达喷嘴挡板式两级电液
伺服阀。
根据力矩马达的电压、磁路和运动方程，喷嘴挡板位移与马达的偏角关系以及主阀 （对
称四通滑阀）的运动方程和流量方程
[3]
，可以推导出电液伺服阀传递函数如下：
1
2
)
(
)
(
)
(
2
2
+
+
=
=
s
s
K
s
I
s
Q
s
G
sv
sv
sv
q
sv
ω
ξ
ω
(1)
式中：
sv
ω
为伺服阀固有频率；
sv
ξ
为阻尼比；
为伺服阀流量增益，应按实际供油压
力下的实际空载流量确定，即
q
K
n
sn
s
n
q
I
p
p
q
K
/
=
，
为伺服阀的额定流量，
为实际供
油压力，
为伺服阀规定阀压降，一般
n
q
s
p
sn
p
7Mpa
=
sn
p
，
为伺服阀额定电流。
n
I
此外，本文中执行器为液压缸，且负载为纯惯量，不考虑机架刚度等因素，由运动方程
可以推导出阀控缸传递函数为：
)
1
2
(
/
2
2
+
+
=
s
s
s
A
Q
x
h
h
h
p
o
p
ω
ξ
ω
(2)
式中：
为伺服阀空载流量，
0
Q
sn
s
n
p
p
q
Q
/
0
=
，符号含义与前面相同；
为液压
缸活塞有效面积；
p
A
h
ω
为液压固有频率；
h
ξ
为液压阻尼比；
通过上述推导得到液压位置伺服控制系统中液压被控部分的数学模型（1）（2），然
后在使用 PID 控制的基础上经过模糊控制修正 PID 的比例、积分和微分三个参数，这样就
可以保证系统在不同状况下都处于最优状态，从而提高了系统控制精度、有较好的实时性与
鲁棒性。如图 2 所示为设计的液压位置伺服模糊 PID 控制系统方框图。
Fuzzy
图
2
压
液
位置伺服模糊 PID 控
阀
伺服
du/dt
压
液
缸
PID
馈
位置反
指令信号
输
出信号