第一章 氣液壓學簡介
1－1 液壓學之簡史
1648 年 巴斯卡(Pascal) 巴斯卡原理(如圖 1.1) 一百多年後 Bramah 將巴斯卡原理實際應用於工程系統 1860 年代 英國設有流體加壓中心
目前已廣泛應用於：太空飛行系統、飛彈導向系統、飛機導 航系統、工業過程： 壓力、溫度、濕度、黏性、流動率等 之控制，機械加工、操作與組合之控制。
液壓學之優點：
1. 傳遞力大： 如圖 1.2 汽車液壓缸煞車系統。
2. 高的力量/重量比：如圖 1.3 液壓泵與電力馬達之比較。
W F W
A1 A2
F/A1
= W/A2
圖 1.1 巴斯卡原理
圖 1.2 汽車液壓缸煞車系統
圖 1.3 液壓泵與電力馬達之比較
1－2 氣壓學
氣壓系統是利用受壓氣體傳遞能量，早期都利用空氣作 介質，近來則使用惰氣或熱氣。氣壓系統的優缺點如下：
優點： 1. 大部份工廠都備有壓縮空氣 2. 零件便宜又易維護，可靠性大 3. 不會因失速而燒毀，也不會著火 4. 氣壓系統乾淨
缺點： 1. 氣體的壓縮效率低，高壓儲存危險
2. 因氣體的可壓縮性，導致精確的動作難以達成 3. 氣體於管路中傳遞信號要比電力慢甚多
4. 大作用力之汽缸體積大且成本貴 1－3 流体功率之控制
早期之流體之應用主要以能之傳遞為主，故發展出各種 控制功率之裝置，因流體功率是壓力與流量之乘積，控制其 中一項即可控制功率，因此流體功率之控制可分為：
流量控制： 如圖 1.6 所示。
壓力控制： 如圖 1.7 所示。
方向控制： 如圖 1.12 所示。
順序控制： 如圖 1.14 所示。
圖 1.6 控制流量之針閥
圖 1.7 控制壓力之洩放閥
圖 1.12 簡單的雙位控制：(a)正常，(b)引動
圖 1.1 4 輸送物品之順序控制
1－4 開迴路控制與閉迴路控制
開迴路控制(Open loop control)：一控制系統中，其輸出對控 制動作無影響，即輸出不予量測，亦不反饋至輸入端作比 較。
設備 或 程序 控制器
輸入 輸出
閉迴路控制(Closed loop control)：一控制系統中，其輸出信 號對控制動作有直接影響，也就是反饋控制系統。
輸入
控制器 設備 或 程序
量測元件
輸出
預期控制結果：
TC
功能方塊圖之建立
控制器 控制閥
蒸氣
真實水溫 水槽
t(時間)
溫度量測元件
控制器 人工
希望水溫
開迴路控制與閉迴路控制之比較：
閉迴路控制之優點：由於反饋之加入，使得系統之響應對於 外在之干擾或內在參數之變動顯的較 不敏感，故可利用較不精確、較便宜之 元件組成系統而獲得相當精確之控制。
缺點：由於反饋信號若是對誤差矯枉過正，有 可能引起等幅或變幅之振盪，故穩定度 成為一重要問題。
開迴路控制之優點：1. 結構簡單，保養容易。
2. 較閉迴路容易控制。
3. 沒有穩定度問題。
4. 當系統之輸出無法量測或基於經濟 之理由而難以量測時，相當方便。
缺點： 1. 若刻度有變化或干擾而引起誤差時，
其輸出會偏離所期望之結果。
2. 為了維持輸出之品質，必需時常重新 校準刻度。
1－5 控制系統範例 壓力控制系統
轉速控制系統
1-6 氣液壓伺服機構
伺服機構為一閉迴路控制系統，用以決定機械負載的位 置、速度或加速度。其主要功能方塊圖如下
伺服機構之功能方塊圖 1-7 氣液壓伺服機構介紹：
1. 液壓伺服式射出成型機
模穴壓力伺服控制系統功能方塊圖
－
伺服閥
補償器 射出缸
希望模壓
料管
輸出 模穴
模穴壓力量測元件
2. 互推式液壓伺服機構
互推式液壓伺服機構功能方塊圖
－
伺服放大器 伺服閥 命令信號
電位計
互推式 油壓缸
輸出 控制翼
3. 氣壓式伺服機構
互推式氣壓伺服系統結構示意圖
互推式氣壓伺服機構功能方塊圖
直流放大器 電磁閥 角度
轉速感測器
互推式
氣壓缸 控制翼
輸出 比較器
角度感測器 轉速
互推式氣壓伺服機構數學方塊圖
