第8章 液压伺服和电液比例控制技术

1、在液压进口节流阀式节流调速回路中，调定节流阀的开口量后，液压缸就以某一调定速度运动。通过前述章节分析可知，当负载、油温等参数发生变化时，这种回路将无法保证原有的运动速度，因而其速度精度较低且不能满足精确地连续无级调速要求。 采用电液伺服阀控制的液压缸速度闭环控制系统。这一系统不仅使液压缸速度能任意调节，而且在外界干扰很大（如负载突变）的工况下，仍能使系统的实际输出速度与设定速度十分接近，即具有很高的控制精度和很快的响应性能。 上述速度伺服控制系统的职能方框图中一个方框表示一个元件，方框中的文字表明该元件的职能。带有箭头的线段表示元件之间的相互作用，即系统中信号的传递方向。职能方框图明确地表示了

2、系统的组成元件、各元件的职能以及系统中各元件的相互关系。因此，职能方框图是用来表示自动控制系统工作过程的。 由职能方框图可以看出，上述速度伺服控制系统是由输入元件、比较元件、放大及转换元件、执行元件、反馈元件和控制对象组成的。 液压伺服控制是液压伺服阀为核心的高精度控制系统。液压伺服阀是一种通过改变输入信号，连续成比例地控制流量和压力进行控制的。根据输入信号的方式不同分为：电液伺服阀和机液伺服阀。一电液伺服阀 电液伺服阀是电液伺服系统中的放大元件，它把输入的小功率电流信号，转换并放大成液压功率（负载压力和负载流量）输出，实现执行元件的位移速度加速度及力控制。它是电液伺服系统的核心元件，其性能对

3、整个系统的特性有很大影响。1.电液伺服阀的组成电液伺服阀通常由电气机械转换装置液压放大器和反馈机构三部分组成。 电气机械转换装置用来将输入的电信号转换为转角或直线位移输出，输出转角的装置称为力矩马达，直线位移的装置称为力马达。 液压放大器接受小功率的电气机械转换装置输入的转角或直线位移信号，对大功率的压力油进行调节和分配，实现控制功率的转换和放大。 反馈和平衡机构是电液伺服阀输出的流量或压力获得与输入电信号成比例的特性。我们可以近似的将右图看作是电液伺服控制阀，其挡板为电磁控制。当无电信号输入时，挡板处于中位，Ps为输入的压力油，P1和P2为左右两喷嘴压力，此时P1=P2，液压缸无位移，当有电

4、信号输入，激励左边电磁铁产生磁场，挡板向左偏移，左边喷嘴间隙减小，右边间隙增大，即P1P2，液压缸向右运动，当挡板向右偏转时，右边喷嘴间隙减小，即P1P2，液压缸向左运动。3.液压放大器的结构形式 电液伺服阀的液压放大器常用的形式有滑阀射流管和喷嘴挡板射流管阀射流管阀 射流管阀工作原理：射流管阀工作原理： 射流管阀由射流管1和接收板2组成。射流管可绕O轴左右摆动一个不大的角度，接收板上有两个并列的接收孔a、b，它们分别与液压缸两腔相通。压力油从管道进入射流管后从锥形喷嘴射出，经接收孔进入液压缸两腔。当射流管处于两接收孔的中间位置时，两接收孔内油液的压力相等，液压缸不动。当输入信号使射流管绕O轴

5、向左摆动一小角度时，进入孔b的油液压力就比进入孔a的油液压力大，液压缸向左移动。由于接收板和缸体连结在一起，接收板也向左移动，形成负反馈，当射流管又处于两接受孔中间位置时，液压缸停止运动。 射流管阀的优点是结构简单、动作灵敏、工作可靠。它的缺点是射流管运动部件惯性较大、工作性能较差；射流能量损耗大、效率较低；供油压力过高时易引起振动。这种控制只适用于低压小功率场合。 喷嘴挡板阀喷嘴挡板阀 喷嘴挡板阀工作原理： 主要由挡板1、喷嘴2和3、固定节流小孔4和5等元件组成。挡板和两个喷嘴之间形成两个可变的节流缝隙1和2 。当挡板处于中间位置时，两缝隙所形成的节流阻力相等，两喷嘴腔内的油液压力相等，即p

6、1 = p2 ，液压缸不动。压力油经孔道4和5、缝隙1 和2 流回油箱。当输入信号使挡板向左偏摆时，可变缝隙1 关小，2 开大，p1 上升，p2 下降，液压缸缸体向左移动。因负反馈作用，当喷嘴跟随缸体移动到挡板两边对称位置时，液压缸停止运动。 喷嘴挡板阀的优点是结构简单、加工方便、运动部件惯性小、反应快、精度和灵敏度高；缺点是能量损耗大、抗污染能力差。喷嘴挡板阀常用作多级放大伺服控制元件中的前置级。 电液比例控制是介入普通液压阀的开关式控制和电液伺服控制之间的控制方式。其实现对液流压力和流量连续的按比例的跟随控制信号而改变。 性能与电液伺服控制相比，其控制的精度和响应速度较低，其成本低，抗污染

7、能力强，又比开关式控制好，近年来在国内外得到重视。电液比例控制的核心元件是电液比例阀，简称比例阀。组成：人工调节/开关控制液压阀电机械比例转换装置 工作过程：电机械比例转换装置把电信号按比例的转换成力或位移，对液压阀进行控制，电液比例阀可以按输入的电气信号连续地按比例地对油液的压力流量和方向进行远距离控制，比例阀一般都有压力补偿性能，所以其压力和流量不受负载变化的影响。分类：按用途和工作特点分比例压力阀比例流量阀和比例方向阀 1. 电液比例压力阀如图所示为一种电液比例压力阀，他有压力阀1和移动式力马达2两部分组成，当力马达的线圈中通入电流I 时，推杆3通过钢球4弹簧5把电磁推力传给锥阀6。推力

8、的大小与电流I 成比例，当阀进油口P处的压力油作用在锥阀上的力超过弹簧力时，锥阀打开，油液通过阀口由出油口T排出，这个阀的阀口开度是不影响电磁推力的，但当通过阀口的流量变化时，由于阀座上的小孔d 处压力差的改变以及稳态液态动力的变化等，被控制的油液压力依然会有一些变化。 电磁比例压力阀1-压力阀 2-力马达 3-推杆 4-钢球 5-弹簧 6-锥阀2. 电液比例换向阀1-阀体 2-阀心 3-对中弹簧 4-挡圈 5-定位套 6-衔铁 7-线圈 8-推杆 9-插头组件左、右两个电磁铁的线圈只允许分别得电，可以同时失电，同时失电后对中弹簧使阀心复于中位。电液比例幻想阀是电液比例换向减压阀和液动换向阀组

9、合而成，前者作为先导级以其出口压力来控制液动换向阀的正反向开口量大小。 计算机电液控制技术一般是一种以稳态输出为目的，构成了从输出到输入的闭环控制系统。是一个涉及传感技术计算机控制技术信号处理技术机械传动技术等技术的机电一体化系统，其操作简单，人机对话方便；系统功能强，可以实现多功能控制；通过软件编制可以实现不同算法，且交易实现实时控制和在线检测。一泵控容积调速计算机控制系统的组成泵控容积调速计算机控制系统具有功率大效率高等优点，但由于液压系统的工作参数的严重时变，而又使其输出的参数不稳定系统的静态性能和动态品质较差。泵控容积调速计算机控制系统系统结构图右图所示，以MCS-51 作为主控单元，

10、对其输出量进行检测控制。二控制系统的硬件及软件设计控制系统的硬件设计1.控制系统的硬件包括输入通道的硬件配置输出通道的硬件配置以及主控单元的硬件配置。 输入通道只要将转矩传感器得到的相位差信号放大，再经转速转矩测量仪转变成模拟量输出，然后转速信号分成转矩信号和转矩信号分成两路经高共模仰制比电路进行放大。选取合适的放大倍数，将其电压转变成统一的量程为200mV5V的标准电压信号，再经硬件滤波高次谐波，分别将转矩和转速信号接入A/D 的通道，经A/D 转换后送入8031主控单元。 输出通道包括输出电路步进电动机和机械传动机构，后两者对系统的精度影响较大。设计时先确定步进电机，确定其控制电路的形式。

11、根据系统精度要求，决定步进电机和机械传动结构之间的精度分配。2. 控制系统的软件设计 （图8-3.1）系统管理软件的主要职能是在系统启动后自动调用系统复位软件使系统复位，然后调用现时软件进行显示，并完成调用其输入控制值采样信号A/D 转换及滤波软件比较并由此调用控制算法软件，使系统朝着减少误差的方向运动。输入信号，A/D转换及滤波软件控制算法及步进电动机控制软件键盘及显示软件系统自动复位软件主 系 统管 理软 件泵控液压马达容积调速系统的软件构成如右图所示，系统控制算法软件是根据一定的控制策略，设计出相应的控制算法，并由此编写计算机应用程序。图8-3.1近年来，为了解决液压系统的非线性参数时变的问题，人们提出了用人工智能的方法来实现控制目的。这种控制方式不需要控制对象的准确模型，而能较好解决系统中稳定性与准确性的矛盾，增加了对不确定因素的适应性。常用的智能控制方法有模糊控制算法参数自适应模