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文

／ 吴奕嶙 翟新红

液 压 伺 服 控 制 系 统 的 特 点

【摘 要 】

液压伺服系统是一种采用液压伺服机构、根据液压传动原理建立起来的自动控制系统。在这种系

统 中 ，执 行 元 件 的 运 动 随 着 控 制 机 构 的 信 号 改 变 ，因 而 伺 服 系 统 又 称 随 动 系 统 。 由 于 其 具 有 结 构 紧 凑 、尺 寸
小、重量轻、出力大，刚性好，响应快，精度高等特点，因而在工业上获得了广泛的应用。本文主要针对液压伺

服控制的特点进行详细的分析和概述。
【关键词】 液压 伺服控制 负反馈 重量比 力矩惯量比

众所周知，液压传动是利用密闭系统中的受压液体来传递运动

和动力的一种传动方式。液压传动与机械传动相比，具有许多优点，

所 以 在 机 械 设 备 中 ，液 压 传 动 是 被 广 泛 采 用 的 传 动 方 式 之 一 。 特 别
是近 年 来 ，液 压 与 微 电 子 、计 算 机 技 术 相 结 合 ，使 液 压 技 术 的 发 展 进

入 了 一 个 新 的 阶 段 ，成 为 发 展 速 度 最 快 的 技 术 之 一 。 其 中 液 压 伺 服
系统控制系统就是液压技术领域中一个重要的分支。

一、液压伺服系统的工作原理
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。

伺 服 系 统 又 称 跟 踪 系 统 ， 是 一 种 自 动 控 制 系 统 ， 在 这 种 系 统

中 ，执 行 元 件 能 够 自 动 地 、快 速 而 准 确 地 按 照 输 入 信 号 的 变 化 规 律

而动作。同时，系统还起到将信号功率放大的作用，这种由液压元件

组成的系统称为液压伺服系统。其特点如下：

１．同是一个位置跟踪系统。输出位移自动地跟随输入位移的变

化规律而变化，体现为位置跟随运动。

２．伺服系统是一个功率放大系统。推动滑阀阀芯所需的功率很

小，而系统的输出功率却可以很大，可带动较大的负载运动。

３．伺服系统是一个负反馈系统。输出位移之所以能够精确地复

现 输 入 位 移 的 变 化 ， 是 因 为 控 制 滑 阀 的 阀 体 和 液 压 缸 体 固 连 在 一

起，构成了一个负反馈控制通路。液压缸输出位移，通过这个反馈通

路 回 输 给 滑 阀 阀 体 ，并 与 输 入 位 移 相 比 较 ，从 而 逐 渐 减 小 和 消 除 输

出 位 移 和 输 入 位 移 之 间 的 偏 差 ，直 到 两 者 相 同 为 止 。 因 此 负 反 馈 环

节是液压伺服系统中必不可少的重要环节。负反馈也是自动控制系

统具有的主要特征。

液 压 伺 服 系 统 是 一 个 有 误 差 系 统 。 液 压 缸 位 移 和 阀 芯 位 移 之

间不存在偏差时，系统就处于静止状态。由此可见，若使液压缸克服

工 作 阻 力 并 以 一 定 的 速 度 运 动 ，首 先 必 须 保 证 滑 阀 有 一 定 的 阀 口 开

度 ，这 就 是 液 压 伺 服 系 统 工 作 的 必 要 条 件 。 液 压 缸 运 动 的 结 果 总 是
力 图 减 少 这 个 误 差 ，但 在 其 工 作 的 任 何 时 刻 也 不 可 能 完 全 消 除 这 个

误差。没有误差，伺服系统就不能工作。

由 此 可 见 ，液 压 伺 服 控 制 的 基 本 原 理 是 ：利 用 反 馈 信 号 与 输 入

信 号 相 比 较 得 出 偏 差 信 号 ，该 偏 差 信 号 控 制 液 压 能 源 输 入 到 系 统 的

能 量 ，使 系 统 向 着 减 小 偏 差 的 方 向 变 化 ，直 至 偏 差 等 于 零 或 足 够 小 ，
从而使系统的实际输出与希望植相符。

二、对液压伺服系统的基本要求
由于伺服系统是反馈控制系统 ，它 是 按 照 偏 差 原 理 来 进 行 工 作

的 ，因 此 在 实 际 工 作 中 ，由 于 负 载 及 系 统 各 组 成 部 分 都 有 一 定 的 惯
性 ，油 液 有 可 压 缩 性 等 原 因 ，当 输 入 信 号 发 生 变 化 时 ，输 出 量 并 不 能
立刻跟着发生相应的变化，而是需要一个过程。在这个过程中，系统
的 输 出 量 以 及 系 统 各 组 成 部 分 的 状 态 随 时 间 的 变 化 而 变 化 ，这 就 是

通 常 所 说 的 过 度 过 程 或 动 态 过 程 。 如 果 系 统 的 动 态 过 程 结 束 后 ，又

达到新的平衡状态，则把这个平衡状态称为稳态或静态。

一 般 来 说 ，系 统 在 震 荡 过 程 中 ，由 于 存 在 能 量 损 失 ，震 荡 将 会 越

来 越 小 ，很 快 就 会 达 到 稳 态 。 但 是 ，如 果 活 塞—负 载 的 惯 性 很 大 ，油

液 因 混 入 了 空 气 而 压 缩 较 大 ，液 压 缸 和 导 管 的 刚 性 不 足 ，或 系 统 的

结 构 及 其 元 件 的 参 数 选 择 不 当 ，则 震 荡 迟 迟 不 得 消 失 ，甚 至 还 会 加

剧 ，导 致 系 统 不 能 工 作 。 出 现 这 种 情 况 时 ，系 统 被 认 为 是 不 稳 定 的 。

因 此 ，对 液 压 伺 服 系 统 的 基 本 要 求 首 先 是 系 统 的 稳 定 性 。 不 稳 定 的

系 统 根 本 无 法 工 作 。 除 此 以 外 ，还 要 从 稳 、快 、准 三 个 指 标 来 衡 量 系

统 性 能 的 好 坏 ：稳 和 快 反 映 了 系 统 过 度 过 程 的 性 能 ，既 快 又 稳 ，由 控
制 过 程 中 输 出 量 偏 离 希 望 值 小 ，偏 离 的 时 间 短 ，表 明 系 统 的 动 态 精

度 高 。 另 外 系 统 的 稳 态 误 差 必 须 在 允 许 范 围 之 内 ，控 制 系 统 才 有 实

用 价 值 ，也 就 是 所 谓 的 准 。 所 以 说 一 个 高 质 量 的 伺 服 系 统 在 整 个 控

制过程中应该是既稳又快又准。

三、液压伺服系统在实际应用中的一些优缺点

同机电伺服系统、气动伺服系统相比较，液压伺服系 统 具 有 以 下

的 突 出 特 点 ，以 致 成 为 采 用 液 压 系 统 而 不 采 用 其 他 控 制 系 统 的 主 要

原因：

１．重量比大
在同样功率的控制系统中，液压系统体积小，重量轻 。 这 是 因 为

对 机 电 元 件 ，例 如 电 动 机 来 说 ，由 于 受 到 激 磁 性 材 料 饱 和 作 用 的 限

制 ，单 位 重 量 的 设 备 所 能 输 出 的 功 率 比 较 小 。 液 压 系 统 可 以 通 过 提

高 系 统 的 压 力 来 提 高 输 出 功 率 ，这 时 只 受 到 机 械 强 度 和 密 封 技 术 的

限制。这个特点，在许多场合下，在采用液压伺服而不采用其他伺服

系 统 的 重 要 原 因 ，也 是 直 线 运 动 系 统 控 制 系 统 中 多 用 液 压 系 统 的 重

要原因。

２．力矩惯量比大
一 般 回 转 式 液 压 马 达 的 力 矩 惯 量 比 是 同 容 量 电 动 机 的

１０ 倍 至

２０ 倍，一般液压马达为 ６１ｘ１０Ｎｍ／Ｋｇｍ

２

。力矩惯量比大，意味着液压系

统 能 够 产 生 大 的 加 速 度 ，也 意 味 着 时 间 常 数 小 ，响 应 速 度 快 ，具 有 优

良的动态性能。因为液压马达或者电动机消耗的功率一部分来克服
负 载 ，另 一 部 分 消 耗 在 加 速 液 压 马 达 或 者 电 动 机 本 身 的 转 子 。 所 以

一 个 执 行 元 件 是 否 能 够 产 生 所 希 望 的 加 速 度 ，能 否 给 负 载 以 足 够 的

实际功率，主要受到它的力矩惯量比的限制。 这个特点也是许多场

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