電液控制課件04

1、電液控制技術(shù)04電液比例技術(shù)1第一章比例技術(shù)概述第一章比例技術(shù)概述 電液比例技術(shù)是連接現(xiàn)代電子技術(shù)和大功率工程控制設(shè)備之間的橋梁，已經(jīng)成為現(xiàn)代控制工程的基礎(chǔ)技術(shù)構(gòu)成之一。一、比例技術(shù)含義一、比例技術(shù)含義、廣義定義：、廣義定義：在應(yīng)用液壓傳動與控制和氣壓傳動與控制的工程系統(tǒng)中，凡是系統(tǒng)的輸出量，如壓力、流量、位移、轉(zhuǎn)速、速度、加速度、力、力矩等，能隨輸入控制信號連續(xù)成比例地得到控制的，都可稱為比例控制系統(tǒng)。1-1 1-1 比例技術(shù)含義比例技術(shù)含義22、分類、分類開關(guān)控制手動比例控制電液伺服控制電液比例控制數(shù)字式電液伺服控制電液比例控制模擬式電液比例控制比例控制液壓控制元件3二、電液比例控制技術(shù)的

2、特點二、電液比例控制技術(shù)的特點1、很多年來，大多數(shù)工業(yè)液壓系統(tǒng)曾經(jīng)用電器方法實現(xiàn)順序控制但卻靠手動調(diào)整。（換句話說，執(zhí)行器的起動、停止和方向控制曾經(jīng)用電磁鐵來實現(xiàn)，但是流量和壓力的設(shè)定卻是靠手動調(diào)整閥。在許多用途中已經(jīng)證實這是一種令人滿意的配置而且完全可以繼續(xù)這樣做。）42、當(dāng)一個系統(tǒng)中需要若干種不同的流量或壓力時，用這種傳統(tǒng)的控制方法可能有所不足： 這可能造成控制和切換閥數(shù)量增加并且有時不能從一種工況平穩(wěn)地過渡到另一種工況。 為了實現(xiàn)執(zhí)行器的加速和減速控制，通常意味著在系統(tǒng)中增加額外的閥，從而提高系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。53、當(dāng)需要高性能的速度或位置控制時，過去伺服閥曾經(jīng)是唯一實用的解決辦法，通

3、常用于閉環(huán)控制配置。伺服閥是一種高技術(shù)條件的方向和流量控制閥，不可避免地帶來成本高、不耐污染、維修不便等問題。在并不需要伺服閥的全部性能潛力的應(yīng)用場合，這些問題可能成為主要的缺點。4、發(fā)展比例閥產(chǎn)品的部分目的在于填補簡單的通/斷電磁閥與考慮的伺服閥系統(tǒng)之間的空白。雖然比例閥的性能也許不如伺服閥（在響應(yīng)時（在響應(yīng)時間、滯環(huán)等方面）間、滯環(huán)等方面），但對許多應(yīng)用場合來說是足夠的,而且可以表現(xiàn)出明顯的成本優(yōu)勢。61 12 2 比例技術(shù)發(fā)展概況比例技術(shù)發(fā)展概況 從1967年瑞士Beringer公司生產(chǎn)KL比例復(fù)合閥起，到70年代初日本油研公司申請了壓力和流量兩項比例閥專利為止，標志著比例技術(shù)的誕生時期

4、。 1975 1980年間，比例技術(shù)的發(fā)展進入了第二階段。 80年代，比例技術(shù)的發(fā)展進入了第三階段。71 13 3電液比例控制的技術(shù)電液比例控制的技術(shù)特征特征一、性能特點：一、性能特點：表12列出了電液伺服元件、電液比例元件、開關(guān)元件的性能對比。8 表表1-2. 伺服、比例、開關(guān)元件性能對照表伺服、比例、開關(guān)元件性能對照表 電液伺服閥電液伺服閥 電液比例閥電液比例閥 早期電液比例閥早期電液比例閥 開關(guān)閥開關(guān)閥 介質(zhì)過濾度介質(zhì)過濾度 3-10 25 25 25 閥內(nèi)壓力降閥內(nèi)壓力降 7/21 0.5 2 0.25 0.5 0.25 0.5 （M Pa) 滯環(huán)滯環(huán) % 13 1 3 4 7 重復(fù)精

5、度重復(fù)精度% 0.5 0.5 1 頻寬頻寬HZ 20 200 1 30 1 5 線圈功率線圈功率w 0.05 5 10 24 10 30 中位死區(qū)中位死區(qū) 無 有 有 有 價格因子價格因子 3 1 1 0.59二、原理特點二、原理特點10 由圖可知，近期發(fā)展的高性能比例閥，一般都內(nèi)含主控制參量的反饋閉環(huán)。這種反饋閉環(huán)，可以是主控制參量的機械或液壓的力反饋，也可以是主控制參量的電反饋。 目前市場上提供的比例閥，型式眾多。有占主導(dǎo)地位的力反饋和電反饋現(xiàn)代比現(xiàn)代比例閥例閥，也有不內(nèi)含主控制參量反饋閉環(huán)的早期開發(fā)的比例閥早期開發(fā)的比例閥（含局部小閉環(huán)）。二者在性能上有較大差別。11三結(jié)構(gòu)特點三結(jié)構(gòu)特點

6、早期比例閥，多數(shù)是用比例電磁鐵替代傳統(tǒng)工業(yè)液壓閥的調(diào)節(jié)手柄而成。近期的比例閥具有如下特點：近期的比例閥具有如下特點：1、與插裝閥結(jié)合，開發(fā)出各種不同功能和規(guī)格的二通插裝式比例閥，插孔符合ISO和國標。二通插裝型開關(guān)和比例控制元件，具有結(jié)構(gòu)上的兼容特性。122、生產(chǎn)批量較大的比例壓力閥、比例方向閥，常與開關(guān)閥通用主閥閥體（有的甚至通用先導(dǎo)閥體），有利于生產(chǎn)管理和標準化設(shè)計，也將給原有液壓系統(tǒng)的技術(shù)改造帶來方便。3、應(yīng)用新近開發(fā)的雙向極化式耐高壓比例電磁鐵，發(fā)展了三通（P、A、O三個主通油口）插裝式比例閥，其插孔正在形成標準。4、力反饋比例元件可以配用多種控制輸入方式，不同的輸入單元，具有統(tǒng)一的聯(lián)

7、接尺寸。135、比例泵的恒壓、恒流、壓力流量復(fù)合等多種功能控制塊，多采用組合疊加方式，便于在其泵上進行控制功能的增減組合。6、已經(jīng)出現(xiàn)控制放大器、電磁鐵和比例閥，以及測量放大器、電磁鐵和比例閥組合成一體，即電液一體化結(jié)構(gòu)。更進一步，比例閥與動力油源，與執(zhí)行機構(gòu)組合，形成機電液一體化結(jié)構(gòu)。這是當(dāng)代機械工業(yè)及工程控制系統(tǒng)發(fā)展的重要特征。機電液一體化的框圖如圖所示。機電液一體化的框圖如圖所示。14圖機電液一體化框圖圖機電液一體化框圖控制微處理機控制微處理機電子環(huán)境電子環(huán)境機械環(huán)境機械環(huán)境測量電子單元控制放大電子單元測量電子單元控制放大電子單元傳感器電機械轉(zhuǎn)換器傳感器電機械轉(zhuǎn)換器液壓執(zhí)行機構(gòu)電液伺服液

8、壓執(zhí)行機構(gòu)電液伺服液壓缸（直線）電液比例液壓缸（直線）電液比例液壓馬達（回轉(zhuǎn)）控制單元液壓馬達（回轉(zhuǎn)）控制單元151 14 4比例控制系統(tǒng)的構(gòu)成分比例控制系統(tǒng)的構(gòu)成分類及特點類及特點一、比例控制系統(tǒng)的構(gòu)成與分類一、比例控制系統(tǒng)的構(gòu)成與分類構(gòu)成構(gòu)成由電子放大及校正單元，電液比例控制單元（含電機械轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的比例閥、電液比例變量泵和變量馬達），動力執(zhí)行單元及動力源，工程負載及信號檢測反饋處理單元所組成，見圖。16171)、系統(tǒng)的指令及放大器件：、系統(tǒng)的指令及放大器件：該單元多采用電子設(shè)備。2)、電機械轉(zhuǎn)換器：、電機械轉(zhuǎn)換器：往往采用比例電磁鐵。其功能是將放大器輸出的控制電流或電壓信號，轉(zhuǎn)換為機械量

9、的控制信號（力、力矩、位移、轉(zhuǎn)角）。3)、液壓轉(zhuǎn)換及放大器件：、液壓轉(zhuǎn)換及放大器件：就是比例閥、比例泵及馬達，實際上是一功率放大單元。4)、液壓執(zhí)行元件：、液壓執(zhí)行元件：是液壓缸或液壓馬達，其輸出參數(shù)只能是位移、速度、加速度和力，或者轉(zhuǎn)角、角速度、角加速度和18轉(zhuǎn)矩。5)、動力執(zhí)行單元：、動力執(zhí)行單元：系統(tǒng)可通過設(shè)置液壓（壓力和流量）和機械參數(shù)中間變量檢測反饋閉環(huán)，或動力執(zhí)行單元輸出參數(shù)檢測反饋閉環(huán)，來改善其穩(wěn)態(tài)控制精度和動態(tài)品質(zhì)。6)、信號處理單元：、信號處理單元：可采用模擬電子電路、數(shù)字式微處理芯片或微型計算機來實現(xiàn)。（數(shù)字式集成電路在精度、可靠性、穩(wěn)定性等項均占優(yōu)勢，其成本也越來越低廉，

10、故應(yīng)用日益廣泛）。19分類分類1)、根據(jù)檢測反饋閉環(huán)的不同，可將比例控制系統(tǒng)分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)設(shè)置動力執(zhí)行單元輸出參數(shù)（壓力、力、力矩、位移、速度和加速度）檢測反饋閉環(huán)。 開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)：是控制元件內(nèi)部，對整個控制系統(tǒng)而言只是中間參量的小閉環(huán)。20)、按功率調(diào)節(jié)元件的不同，可將比例控制系統(tǒng)分為節(jié)流控制系統(tǒng)和容積控制系統(tǒng)。而容積控制系統(tǒng)又可分為液壓泵調(diào)節(jié)和液壓馬達調(diào)節(jié)。 節(jié)流控制系統(tǒng)的特點：節(jié)流控制系統(tǒng)的特點：動態(tài)響應(yīng)快，利用公共恒壓油源可控制不同執(zhí)行元件（三通調(diào)速閥構(gòu)成的負載適應(yīng)系統(tǒng)除外），功率損失較大。 容積控制系統(tǒng)的特點容積控制系

11、統(tǒng)的特點：節(jié)能。（事實上，現(xiàn)代容積控制多是通過電液節(jié)流控制元件，對液壓泵或馬達的排量參數(shù)（傾角或偏心量）進行控制而實現(xiàn)的。）21)、按被控參數(shù)的不同分類： 位置（或轉(zhuǎn)角）控制系統(tǒng)； 速度（或轉(zhuǎn)速）控制系統(tǒng)； 加速度（或角加速度）控制系統(tǒng)； 壓力（或壓差）控制系統(tǒng)； 力（或力矩）控制系統(tǒng)； 其他參數(shù)控制系統(tǒng)。22二、比例控制系統(tǒng)的基本特點二、比例控制系統(tǒng)的基本特點、可明顯地簡化液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜程序控制、可明顯地簡化液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜程序控制通過輸入信號按預(yù)定規(guī)律的變化，連續(xù)成比例地調(diào)節(jié)受控工作機械作用力或力矩，往返速度或轉(zhuǎn)速，位移或轉(zhuǎn)角等，是比例控制技術(shù)的基本功能，這一基本功能，不僅改善了系統(tǒng)

12、控制性能，而且大大簡化了液壓系統(tǒng)，降低了費用，提高了可靠性。23242526圖1-9所示為機床進給控制的對比。系統(tǒng)在工作臺啟動和制動過程中，可實現(xiàn)加速和減速工況。為實現(xiàn)6擋速度控制，圖a采用了三組三位四通電磁閥和6個節(jié)流閥；為達到三級壓力控制，需要一個三位四通電磁閥和三個壓力先導(dǎo)閥。而達到同樣的性能要求，圖b只需一個電液比例方向閥和一個比例溢流閥，可使系統(tǒng)得以顯著簡化。并能實現(xiàn)精確而無沖擊的加速或減速，不但改善了控制過程品質(zhì)，還可縮短工作循環(huán)時間。2728利用電信號便于實現(xiàn)遠距離控制或遙利用電信號便于實現(xiàn)遠距離控制或遙 控控采用電液比例控制系統(tǒng)不但可實現(xiàn)遠距離有線或無線控制，也可改善主機的設(shè)計柔性，并且可以實現(xiàn)多通道并行控制。圖1-10所示的關(guān)節(jié)式云梯系統(tǒng)，可由在藍車上的工作人員自己操作電控器，以實現(xiàn)所需空間位置的精細遠控。2930利用反饋提高控制精度或?qū)崿F(xiàn)特定的利用反饋提高控制精度或?qū)崿F(xiàn)特定的控制目標控制目標31如圖1-11所示：鋸片旋轉(zhuǎn)由感應(yīng)電機M驅(qū)動，切割進給由比例調(diào)速閥控制液壓缸的運動速度來實現(xiàn)。當(dāng)切割負荷增大或減小時，感應(yīng)電機的相電流也隨之變化，該誤差信號經(jīng)電流互感器和比例閥控制放大器實現(xiàn)反饋控制，以調(diào)整進給速度和