长安大学电液控制复习要点

1、机电一体化的概念机电一体化的概念在大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术向传统机械行业领域迅速渗透，机械电子技术深度结合的现代工业基础上，综合应用机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织结构目标，合理配置布局机械本体、执行机构、动力驱动单元、传感测试元件、控制元件、微电子信息接收、分析、加工、处理、生产、传输单元和线路以及衔接接口文件等硬件元素，并使之在软件程序和微电子电路之间实现有目的的信息流向导引工程机械机电液一体化系统具备功能工程机械机电液一体化系统具备功能1.能检测、识别

2、工作对象和工作条件2.可根据检测、识别结果和工作目标，自行作出下一步动作的决策3.有响应决策、执行动作的伺服机构现代工程机械机电液一体化的发展趋势现代工程机械机电液一体化的发展趋势1.性能上向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展2.功能上向小型、轻型化、多功能方向发展3.层次上系统化、复合集成化方向发展工程机械的主要组成1.动力装置、2.传动装置、3.行走装置、4.工作装置 5.操纵装置等组成1.整机电子控制:电液传动及操作控制、仿真控制、远距离控制、无线遥控及智能控制等2.发动机的电子控制:燃油喷射、发动机工况和电控泵的监测与控制、冷却系统和润滑系统的监测和保护等3.行走系统的电子控制:

3、自动调速、恒速控制、全轮独立自动转向、直线行驶控制、功率分配控制等4.工作装置的电子控制:自动找平、自动料位控制、自动调频、调幅等机电液一体化控制系统的组成自动控制系统的原理(基本组成) 第二章 工程机械常用控制电器 工程机械常用控制电器 一控制按钮、万能转换开关、行程开关、接触器、继电器以及电磁离合器控制按钮 常开按钮、常闭按钮、复合按钮万能转换开关可同时控制许多条电路的通断，广泛应用于交直流控制电路、信号电路和测量电路。由于它能控制多个回路，适用复杂线路的要求，故有“万能”转换开关之称。行程开关利用机械运动部件的碰撞来控制触电动作的小电流开关，常用于检测机械运动状态、限制机械的运动或实现安

4、全保护电气连锁和程序控制直动式、滚轮旋转式、微动式接触器 电磁能转换成机械能，产生电磁吸力，带动触头动作。继电器继电器主要用于进行电路的逻辑控制，它根据输入量（如电压或电流），利用电磁原理，通过电磁机构使衔铁产生吸合动作，从而带动触点动作，实现触点状态的改变，使电路完成接通或分断控制电磁式继电器和接触器的结构和工作原理相似。主要区别在于，接触器触发器的主触头可以通过大电流，而继电器的触头只能通过小电流。所以，继电器只能用于控制电路中工程机械常用执行机构 1.电动式：交流电动机、电磁铁等 2.液动式：液压缸、回转液压缸、液压马达等 3.气动式：由气缸、气阀或气动马达等组成工程机械常用检测元件位移

5、、扭矩、振动、应变、力、转矩传感器电阻应变式传感器 基于导体和半导体材料的电阻应变效应和电阻压阻效应 电阻应变效应：电阻材料的电阻值随机械变形而变化的物理现象 电阻压阻效应：电阻材料受到载荷作用而产生应力时，其电阻率发生变化的物理现象电感式传感器 电磁感应原理电容式压电式传感器 工作原理 基于某些晶体材料的压电效应 压电效应分为：正向压电效应和逆向压电效应磁敏式传感器通过磁电作用将磁信号转换为电信号的传感器按结构分为：体型和结型体型包括：霍尔传感器和磁敏电阻结型包括：磁敏二极管和磁敏三极管磁阻效应当一载流体置于磁场中时，电阻随磁场强度的变化而变化的现象。磁阻效应与材料性质、几何形状有关。光电式

6、传感器 基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出 光电效应是指由于物体吸收了能量为E的光子后产生的电效应三相交流异步电动机启动控制电路三相交流异步电动机 正反转 控制电路第三章 电喷技术的发展目前已经历了3个阶段 1.位置控制型（电子调速器） 2.时间控制型 3.时间控制与压力控制型结合（高压 共轨电控喷射）电喷柴油机对电子控制装置的基本要求1.较高的喷射压力2.独立的喷射压力控制3.改善柴油机燃油经济性4.独立的燃油喷射正时控制5.可变的预喷射控制能力6.最小油量的控制能力7.快速断油能力8.降低驱动扭矩冲击载荷 自动换档变速器工作原理 自动换挡控制系

7、统根据发动机的负荷（节气门开度）和机动车的行驶速度，按照设定的换挡规律，自动接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动比，从而实现自动换挡。 自动换档变速器的优越性 1.提高发动机和传动系的使用寿命 2.提高机动车通过性 3.具有良好的自适应性 4.操纵轻便自动换挡变速器的类型液力机械自动变速器(AT)机械自动变速器(AMT)机械无级自动变速器(CVT)双离合器式自动变速器(DCT)换挡控制策略无论哪一种作业方式都要有快速接近物料、低速插入物料、低速离开物料、快速到达卸料点等多个步骤。此时换挡及前进、倒驶转换频繁，其中30%的时间需

8、在倒车状况下工作。能否正确及时的换挡，不但是保证插入力的需要，而且也是降低燃料消耗、减少环境污染，提高生产率的需要。因此，要求装载机要操纵快捷、换挡平顺、换向迅速，以保证作业运行的快捷灵活。无级变速控制系统的基本形式无级变速控制系统的基本形式1.变量泵-定量马达容积调速 2.定量马达-变量泵容积调速 3.变量马达-变量泵容积调速电液伺服控制系统原理图 电液伺服控制系统说明 该系统的液压动力装置由变量泵和马达组成，变量泵既是液压能源又是主要的控制元件。由于操纵变量机构所需要的力较大，通常采用一个小功率的放大装置作为变量控制机构。该系统采用阀控制电液位置伺服系统作为泵的控制机构。 系统输出的速度由

9、测速发电机检测，并转换为反馈电压信号Uf，与输入速度指令信号Ui相比较，得出偏差电压信号Ue=Ui-Uf，作为变量控制机构的输入信号。1.伺服过程 UiUe=Ui-Uf0qUf Ue=Ui-Uf 直至Ue=02.恒速过程 负载增大UfUe=Ui-Uf 0q UfUe=Ui-Uf 直至Ue=0无级变速 液压伺服控制系统组成带位置环的开环带位置环的开环带位置环 闭环不带位置环 闭环第五章 液压挖掘机的组成1.液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、回转装置、行走装置和电气控制 等部分组成。挖掘机液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。2.液压系统通过液压泵将发动机的动力传

10、递给液压马达、液压缸等执行元件，推动工作装置动作，从而完成各种作业。3.电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。4.工作装置是直接完成挖掘任务的装置，它由动臂、斗杆、铲斗等三部分饺接而成，动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制，为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具。5.回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有动力装置和传动系统。第六章 沥青混凝土摊铺机的作用1.沥青混凝土摊铺机是用来将拌制好的沥青混凝土均匀地摊铺在已经整修好路面基层上的专用设备，广泛用于公路

11、、城市道路、大型货场、停车场、码头和机场等工程中沥青混凝土的摊铺作业，也可用于摊铺稳定材料和干硬性水泥混凝土材料。2.在摊铺过程中，首先接受由自卸汽车运来的混合料，再将其横向铺散在路基或基层上，最后加以初步压实、整形，形成一条有一定宽度、一定厚度和一定形状的铺层。对沥青混凝土摊铺机的要求1.是要使得物料在机械行进时均匀充满预定空间，对行进速度的稳定性要求十分严格，在选定一种行进速度时，其运料、分料速度也必须相应地改变2.使用先进的电子找平系统，当今沥青混凝土摊铺机电子找平系统的特点：（1）数字化（2）传感器形式由接触式向非接触式方向发展，利用超声波、激光传感器等代传统的接触式传器3.是在操作环

12、境方面，更加注重人性化、舒适化的追求，在视野、座位、操作台、驾驶室的设计上均以舒适性作为主要评价指标。摊铺机的基本结构现代自行式摊铺机的结构总体上分为两大部分，即前面是主机，也就是牵引机；后面是熨平装置，也就是工作装置。主机通过大臂牵引熨平装置。摊铺机主要由发动机、传动系统、行走机构、供料系统、操纵控制系统、车架、调平大臂、熨平板以及自动调平系统等组成。调平控制系统的作用沥青摊铺机在摊铺作业时，熨平板通过两侧牵引大臂由主机牵引，熨平板处于浮动状态。这种浮动式熨平板对路基不平度具有初步的滤波和滞后效应，具有一定的调平功能，但只能消除波长较小的凹凸。如果要使路面的摊铺平整度完全不受基层的影响，就必

13、须在摊铺过程中根据基层的高低不平随时调节牵引大臂牵引点的垂直高度，并保证摊铺仰角为初始值。自动调平控制系统的组成控制器（传感器和调节器），液压缸，换向阀，传感器，平均梁自动调平控制系统的发展根据控制方式的不同，经历了开关式、比 例式和比例脉冲式3个不同的阶段。开关式自控系统。以“开”、“关”的方式进行调节，无论检测的偏差大小，均以恒速进行继续控制。其结构简单、价廉、使用方便，但调节的精度较低。比例式自控系统。根据信号偏差的大小，以相应的速度进行连续调节。它不会因“搜索” 、超调等原因出现振荡现象，可使摊铺路面获得较高的平整度。但它的结构 精度要求高，造价昂贵。比例脉冲式自控系统。这是在开关式自

14、控系统的基础上改进的新型调平方式。它在恒速调节区和死区之间设置了一道脉冲区，脉冲信号根据偏差的大小成正比 例的变化，经过处理以后可以来驱动调平油缸。显然这一种方式综合了上述两种型式的优点：控制精度高、价格便宜、经济耐用，目前应用广泛。其最小纵向高度分辨率0.3mm，最小横向坡度分辨率0.02%。自动调平控制系统的工作原理自动调平装置利用安装在熨平板上的纵向及横向控制器，以事先设置的钢丝、尼龙绳、滑杆或己铺设的路面、路肩为基准，在摊铺过程中，纵向、横向传感器能随时检测出路基不平整及其他干扰所引起的熨平装置上检测部位的高度偏差与水平偏差，产生电信号，再通过一系列信息传递（见图7.18） ，使机身两

15、侧牵引臂上的牵引点上下移动，以抵消路基不平整或其他因素干扰所造成的影响。找平基准的形式1. 固定基准，即悬线法2.接触跨越式浮动平衡梁基准3.非接触式电子平衡梁基准4.滑靴：大量的工程实践证明，在下面层、中面层采用悬线法，中面层、上面层采用接触跨越式浮动平衡梁或非接触式电子平衡梁铺筑的效果良好。非接触式电子平衡梁 1.超声波式2.激光式超声波式电子平衡测量原理 超声波式平衡梁的超声波探头间距应不小于60cm，探头下缘距地面以80-100cm为宜，超声波探头探测区域半径为30cm，所以在探头的正下方半径30cm内应无杂物。所配备的可调控制板，根据实际情况可调节灵敏度、增减铺层厚度数量和油缸升降反

16、应速度。摊铺横接缝时可在后面探头下方设置等于松铺系数的木板，以达到 接缝良好的目的。如图7.22所示，工作前首先利用超声波测距原理先设定1个基准面：在摊铺机左、右两侧平衡梁上均朝下布置4个声呐传感器，声呐传感器发射器发出声脉冲，这些声脉冲到达地面以后再以声速返回发射器。然后以地面为基准连续不断地测出地面与4个超声波传感器之间的距离，最后经过采样处理后对这些距离取平均值。超声波传感器测距原理超声波在空气中的传播速度，受温度、湿度、风力以及含尘量等因素影响 较大激光式电子平衡梁测量原理激光调平系统中的激光扫描器发射激光束A，在基 准面上反射，反射激光束B由扫描器接收，系统根据反射与发射的时间差以及

17、激光束的倾斜角度计算反射点与激光扫描器的垂直距离。每条激光束相当于1个测距传感器，激光扫描器发射的激光束之间相隔1。所以，实际扫描面是由多条密集激光束组成的一个扇形扫描面由扫描所得高度的平均值形成一个在扫描面内的虚拟调平基准，数字控制器根据熨平板相对于虚拟基准的变化来调整熨平板的升降，从而改变摊铺厚度，保证铺层平整度。激光调平系统的特点1.采用激光作为探测距离的介质，由于激光在空气中传播速度恒定不变，不需要对介质的传播速度进行定值检测校正，所以该系统测距精确，计算过程简单，易于保证计算精度，从而使获得的虚拟基准更加准确，且受环境因素的影响较小。2.激光扫描器可以发射密集的激光束对基准面进行大范

18、围的扫描，并且扫描过程是随摊铺机作业连续进行的，使数字控制系统对基准面的变化具有事早的预知性和更平缓、更稳定的过滤作用，进而获得良好的铺层平整度。3.由于扫描长度可调，施工时可以根据现场情况设定扫描长度。例如，在平直路段上采用较长的扫描长度可以在更大范围内扫描探测、采集基准面高程数据，并获得更好的长距离平均效果和路面平整度，这样不仅可以保证铺层的连续、光整，而且可以很好地跟踪基准面的纵坡和弯道自然变化，形成流畅变化的路面；在横向弯道或纵向坡道上施工时，可以根据弯道和坡道的缓急程度采用相应较短的扫描长度，这样可以准确地跟踪横向超高或纵向高程的连续变化，从而获得连续平整的弯道、坡通、匝道等。 由于

19、系统是通过激光进行扫描，在能见度很低的情况下会严重影响激光的传输，从而影响系统的调平效果；另外，系统对摊铺现场管理要求较高，如果在扫描范围内出现过多的杂物或人员流动，这也会影响到激光的传输而使系统工作不稳定，影响调平 精度。说明螺旋布料器电气系统原理图说明螺旋布料器电气系统原理PWM脉宽调制法工作原理脉宽调制器将输入的控制信号与载波信号比较后，转换为周期为T的脉宽调制信号。图7.30(a)中的U为计算机计算输出的控制信号，通过将控制信号与计算机输出的另一系列作载波信号的锯齿波信号V作比较。如果在某一时刻U的值大于锯齿波V的值，则PWM液压阀开启，否则关闭。随后得到图7.30(b)中所示的一系列

20、控制指令，将这一系列控制指令施加到PWM液压阀的电磁线圈上，在高电平期间，有流量q通过，其余的时间内则无流量通过。高速开关阀采用脉宽调制原理来控制其平均流量，由于时间T非常小，常为0.01-0.15s。 因此，可用平均流量来表示这一时间内PWM液压阀的输出流量。PWM脉宽调制阀控制系统的组成与工作原理 组成原理说明调平传感器检测的实时位移信号经模数转换器转换为数字信号并载入PLC内存中（以ds表示），并与PLC初始化得到的基准值（以dr表示）相比较。如果ds-dr（为预定义死区值），首先使电磁换向阔的右电磁铁线圈通电，然后按照给定的调制规律使两个高速开关阀的线圈同时交替通断，断电时，两调平油缸

21、在分流阔的作用下等速下降，通电时，两调平油缸处于停止状态，如果下次采样并比较后仍是ds-dr，则调平油缸就以脉冲动作形式使牵引点下降，从而减小ds-dr的差值；如果采样比较后有ds-dr-时，在PLC的作用下，先切断电磁换向阀的右线圈电源，随后给该阀的左线圈送电，并依照上述规律采用脉冲调制信号控制两个高速开关阀，这样，两调平油缸同步上升，使牵引点抬高，相应地使ds逐渐逼近dr；当ds-dr时，PLC使电磁换向阀两线圈断电，且给两高速开关阅线圈通电，两调平油缸就锁在当前的位置。只要系统处于自动控制工作状态中，就重复上述的工作过程按采样周期给定的调节时间不断地检测、比较、输出、调节，最终使采样值逐

22、渐逼近基准值。 触摸屏除能完成上述自动控制工作状态的设定外，还可以通过自动、手动切换方式开关使系统处于手动调节状态。在这种工作方式下，PLC判断输入量是上升调平油缸，还是下降或停止调平油缸，确定后执行相应的程序控制电磁阀组，相应地使调平油 缸动作。PWM脉宽调制控制系统的特点(1)高速开关阀取代普通换向阀构成的自动调平系统具有响应快速、定位精确的优点，在工程领域中具有重要的推广价值。(2)采用PLC作为数字控制器，控制算法灵活、抗干扰能力强，所构成的自动调平 系统定位精度较高。(3)高速开关阀响应调制信号时，载波频率越高，响应越快，但降低了它的使用寿命。在选择PWM调制载波频率时，要同时考虑系统响应性能和高速开关阀的寿命两 个因素。调平控制器原理图第七章 沥青混凝土拌和楼的组成及结构冷骨料的定量供给和输送装置石粉供给装置沥青供给装置干燥滚筒热骨料提升装置热骨料称量装置搅拌器除尘装置沥青混凝土拌和楼的工艺流程(1)不同规格的冷沙石料分别储入各自的料斗冷骨料定量给料装置对各料按容积进行粗配冷骨料输送机2传输干燥滚筒3烘干加热（喷燃器的火焰逆料流烘干加热到足够温度）热骨料提升机4转输热骨料筛分机5筛分热骨料储入各自的临时料半（以上过程为连续进行）热骨料计量装置6精确称量搅拌器9搅拌(2)石粉石粉储仓7石粉称量装置搅拌器9搅拌