比例流量控制阀市公开课金奖市赛课一等奖课件

第八章电液百分比流量控制阀第1页第一节节流控制基本原理对于液压缸速度和位移控制有：对于液压马达转速和转角控制有：阀口流量公式：第2页分类：第3页

第二节电液百分比节流阀1.

带行程控制型百分比电磁铁单级百分比节流阀（开环控制）在传统节流阀基础上,用电—机械转换装置代替手动节流机构而组成；一.单级百分比节流阀（直接作用式）第4页百分比方向阀作百分比节流阀使用第5页框图表明，该系统由百分比电磁铁电感线圈一阶步骤和阀芯、衔铁等组成弹簧质量系统二阶步骤所组成。这里，一阶步骤是限制阀动态性能提升主要原因。另外，阀芯位移是开环控制，所以它抗干扰能力较差，即阀芯位移调整刚性较低。但该类阀结构简单，成本低，适宜于低压、小流量液压控制系统。第6页2.位置—电反馈型单级百分比节流阀(闭环控制）为了提升百分比节流阀位移调整刚性，提升阀抵抗液压卡紧力、液动力及摩擦力等干扰能力，以取得令人满意稳态控制精度，出现了采取内含阀芯位移检测反馈闭环电反馈百分比节流阀。使阀芯轴向位移更准确地与输入信号成百分比。第7页第8页在外界干扰力发生改变瞬间，阀芯位移将偏离调定值，由位移传感器检测到阀芯位移信号,经测量放大器调制、放大、解调、反馈至百分比放大器输入端，与输入信号相比较,其偏差值经诸如PID调整器、百分比放大器调整作用，改变了百分比电磁铁输出电磁力，使阀芯位移快速回复至原定调定值。在电反馈阀前向通道上串联PID调整器,组成一阶无差系统，使阀稳态性能，仅取决于位移传感器精度，只要在百分比电磁铁功率域内，电反馈闭环控制将一直确保阀芯输出位移与输入电压信号成正比关系。

因为直动式百分比节流阀输出功率，受到百分比电磁铁限制，因而直动式电反馈百分比节流阀也只能是小通径。在工程应用中，大于10通径百分比节流阀，普通就需要采取先导控制型方案。第9页二.先导式百分比节流阀在先导式百分比节流阀中,百分比电磁铁经过先导液桥，对主阀位移实现百分比控制。因为先导级液压放大作用,这种阀能够实现对高压大流量液流控制。依据阀内所含反馈方式不一样，先导式百分比节流阀又可分为位移--力反馈、位移--电反馈、三级控制等三种类型。第10页1.插装式位移－电反馈型先导式百分比节流阀百分比电磁铁位移传感器二通插装结构先导阀先导回油（可接回油箱）Pz第11页位移－电反馈型百分比节流阀控制原理图第12页特点：放大器及百分比电磁铁非线性、以及先导级与主阀液动力，摩擦力等干扰均由电反馈大闭环所抑制。只要位移传感器精度足够高，阀稳态精度就可到达相当高水平。因为电信号处理方便，故动态校正可采取各种方式，可取得更加好动态特征电反馈型先导式百分比节流阀与电反馈型单级百分比节流阀区分，仅在于前者内含液压放大单元,其反馈信号直接取自功率级。第13页2.位移－力反馈型先导控制百分比节流阀与位置反馈型差异在于先导阀芯与主阀芯之间耦合作用是经过反馈弹簧来实现。R1可变节流口B型半桥第14页工作原理：当百分比电磁铁通入一给定电流i→产生推力F→先导阀芯下移→可变液阻↓→Px↓→主阀芯向上移动，增大节流口。→主阀芯位移x转化为反馈力Ff＝Kx作用在先导阀芯上→当Ff＝F时，到达平衡。第15页

由阀工作原理可知，主阀液动力和摩擦力干扰受到位移－力反馈闭环抑制。而先导阀芯和衔铁上摩擦力干扰，可经过合理选配材料，准确加工及借助于叠加在主控制电流上颤振信号加以约束。所以，它稳态控制性能很好。阀稳态特征分析第16页R3作用：产生动态压力反馈：当主阀芯运动时，产生动态流量，经过液阻R3被转化为动态压差，此附加压差作用在先导阀芯两端，调整了先导阀口开度，改变了控制压力Px值，从而对主阀运动产生显著动态阻尼作用，组成级间速度－动压负反馈控制。改变R3阻值．能够取得不一样动态特征。第17页特点：主阀位移量控制精度很好，主节流阀位移量经过弹簧反馈到电磁铁上。主阀位移量不受电磁铁限制，阀口能够设计较大（一样百分比电磁铁，改变弹簧刚度就能够改变主阀行程）。主阀芯上液动力、摩擦力等干扰都处于上述位移－力反馈闭环内，它们对阀性能影响受到抑制。不过，反馈回路对于先导阀上外扰力依然不起作用。第18页3.位置反馈型先导百分比节流阀：B型半桥i↑→F↑→先导阀芯右移x↑

→可变液阻↓→Px↓→主阀芯右移y↑→到达平衡第19页主阀芯相当于一个受先导阀控制差动活塞。先导阀芯和主阀芯之间采取了位置随动，即级间位置负反馈原理，这种型式主阀位移y近似等于先导阀位移x，都受到电－机械转换器有效行程限制。R2作用在于增加主阀芯运动时动态阻尼，起动压反馈作用。第20页4.双边先导控制型百分比节流阀I先导阀双控制边组成了A型液压半桥，其静、动态性能均优于单控制边节流阀。尤其是它工作频宽是后者一倍。因为双控制边先导阀有二个阀口，它们均需要适当修磨。所以，它先导级加工及调试成本要比单控制边先导级高。另外，A型液压半桥较高压力-位移增益，在给百分比节流阀带来许多优点同时,却使阀稳定裕度有所下降。可变液阻可变液阻第21页双边先导控制型百分比节流阀稳态负载特征曲线第22页5.三级控制型大流量百分比节流阀因为阀内含位移——力反馈闭环控制，故该阀含有较理想稳态控制特征及较快动态响应速度。第23页三.百分比节流阀基本特征分析1.阀口形状对稳态控制特征曲线影响阀芯位移与阀口工作压差及其几何形状几乎无关，仅与输入信号成百分比关系。实际上，百分比电磁铁电流－力特征以及弹簧、液动力等非线性均是影响控制特征线性度原因。第24页2.阀口形状对输出流量影响曲线表明，百分比节流阀输出流量曲线增益不但与输入信号、阀口工作压差相关，而且还受阀口几何形状影响。图中3号曲线，在阀口开度较大时，出现水平饱和段。这是因为试验系统油源流量限制，在阀口压差及开度较大时，所出现限流现象。第25页在设计定压百分比控制系统时，不能简单地将系统执行机构空载快速时所需最大流量，作为节流阀公称流量来选择百分比节流阀。第26页3.抗负载干扰能力评价等位移特征（位移几乎不受阀口压降改变）百分比节流阀抗负载干扰能力，即稳态负载特征，可由它等位移特征来评价。伴随阀口压降增大，若节流阀阀芯位移x改变愈小，则其调整刚度就愈大，即抗干扰能力愈强。第27页4.输入信号阶跃响应特征

阀响应时间与输入信号阶跃幅值相关。在输入信号幅值相同时，阀过渡过程时间，又与阀口工作压差相关，工作压差低，阀动态响应快。另外，动态响应特征还受试验台相关管道容腔体积影响。管道容腔小，阀动态响应也较快。第28页

5.频率响应特征当前，百分比节流阀幅频宽大约在3—20Hz左右。第29页五.百分比节流阀选取标准1、最低工作压差选择因为百分比节流阀只能在高于其最小工作压差条件下正常工作，所以，选取百分比节流阀时，应使其最小工作压差低于系统最小工作压力。同时，为使与节流阀并联系统溢流阀正常工作，系统油源流量，应大于节流阀在系统中实际最大控制流量。第30页2、阀功率域百分比节流阀在阀口压差及阀口开度均较大时，可经过几倍于其公称流量油液，但实际上，它存在一个在一定工作压力下制约最大流量功率域。尤其是单级百分比节流阀更为敏感。尤其是不带位移传感器单级百分比节流阀，在较大压差作用下。这种直控阀流量大到功率界限时，稳态液动力会自动将阀口关小，经过阀口流量不会伴随压差增加而增加，存在着一个“自然”功率域现象。第31页3、怎样选择百分比节流阀公称流量工程应用上．阀公称流量系指阀口开度最大(对应最大控制电信号)、阀口压差为最小工作压差时，阀所经过流量。值得注意是，它公称流量完全不一样于百分比流量阀公称流量含义，百分比流量阀公称流量普通为阀所能控制最大流量。在设计定压百分比控制系统时，不能简单地将系统执行机构空载快速时所需最大流量，作为节流阀公称流量来选择百分比节流阀。正确选取标准应该是，依据重载，即阀口压降为最低工作压差时，执行机构所需要流量作为公称流量相近值，来选择百分比节流阀。这么，在工作过程中，百分比节流阀可调整电信号范围宽，调整分辩率高。在对应调整范围内，滞回也小。这一点，与百分比方向阀类似。第32页4、百分比节流阀应用特点在节流调速系统中，人们往往喜欢选取百分比调速阀,不过，在一些场所，百分比节流阀也很有竞争力。百分比调速阀最大输出流量是公称流量；而百分比节流阀则不然，它可经过几倍于公称流量液流。所以，对于要求轻载时快速，重载时低速系统，使用百分比节流阀显然有其独特优点。在主机系统本身含速度或位置反馈闭环控制、以及负载改变不大场所，采取百分比节流阀，就显得比较经济、合理。另外，百分比节流阀含有结构简单、成本低、动态响应快、稳定裕度大及可靠性好等特点。这就是百分比节流阀在普通工程系统中得到广泛应用原因。第33页

第三节电液二通百分比流量阀按对外连接油口数不一样：百分比流量阀分为二通型，三通型）其中按基本原理又能够区分为：传统负载检测赔偿型，新流量检测反馈型定差减压负载赔偿二通型定差溢流负载适应三通型传统型流量检测反馈二通型流量检测反馈三通型百分比节流阀第34页依据二通型电液百分比流量阀控制原理来分，它有传统减压节流型、流量—力反馈型和流量—电反馈型等三种主要形式。第35页（一）传统减压节流型二通百分比流量阀传统定差减压负载赔偿二通型稳态负载特征详细职能符号第36页负载阶跃响应第37页负载阶跃响应负载压力从等于阀进口压力值，阶跃至一较低压力值负载压力在低于阀进口压力两个工作压力之间作阶跃改变第38页存在问题：阶跃响应流量阶跃起动流量阶跃第39页（二）

流量－位移－力反馈型：流量传感器主调整器先导阀R0可变节流口B型半桥第40页工作原理：

在无输入电信号时，先导阀芯在反馈弹簧作用下，先导阀口处于关闭位置。由此，主调整器阀芯两端油压相等．因为阀芯面积差和复位弹簧作用，不论流量阀进口压力有多高，主调整器阀口均处于关闭状态。此时没有油液经过百分比流量阀。也就是说，在无输入信号时，该阀能实现可靠自锁。第41页工作原理：输入一电信号i→产生电磁力F→先导阀芯向下移动→先导阀口开启→可变液阻↓→PC↓→（PA-PC)压差作用下主调整器阀芯向右移动，阀口开启→流过主流量经流量传感器检测后流向负载→流量传感器将流量值转换为行程Xf，经过反馈弹簧将行程Xf转换为作用在先导阀芯上弹簧力→此弹簧力与输入电磁力相平衡，从而调整了先导阀口开度及控制压力PC确保阀运行在某一稳定工作点上→最终使百分比流量阀输出流量与输入电信号成百分比关系。第42页工作原理：

当系统出现干扰信号,比如负载压力P5↑→P3↑且流过调整器和流量传感器体积流量↓→流量传感器行程z↓→反馈弹簧力KZ↓→因为输入电磁力不变，先导阀口↑→液阻↓→P2↓→主节流阀阀口开度↑→使经过阀口体积流量↑P4↑→流量传感器行程z就回复或靠近于与输入电信号相对应调定值，输出流量也恢复至调定值附近。调整结果流量传感器：Z恢复原位，P4↑使（P4－P5）恢复原值，q不变主节流阀：阀口增大，P4↑使（P1－P4）减小，使q恢复原值第43页液阻RC作用:动压反馈作用：由动态阻尼R1所产生动压反馈力A3(PC-PB),使先导阀口取得附加启闭力,这就加强了动态阻尼作用，并在先导级与功率级之间，建立了速度反馈联络，改进了阀动态性能，阀瞬态超调被显著抑制。第44页结论：负载改变引发流量改变不是靠压力差来赔偿，而是靠主节流口通流面积改变来赔偿。第45页流量－位移－力反馈阀原理框图第46页稳态特征分析第47页特点：采取阀内流量－位移－力反馈闭环控制及级间速度－动压反馈原理，克服了传统流量阀负载压力阶跃开启流量超调大，抗负载改变流量调整刚性差、体积大而且频响低等缺点，大幅度提升了百分比流量阀静、动态特征。传统流量阀稳态负载特征新型流量阀稳态负载特征第48页（三）

流量－电反馈百分比流量阀

为了降低百分比放大器及百分比电磁铁性能对流量阀特征影响；可采取流量-电反馈方案第49页流量反馈与力反馈型流量阀区分：二者先导级均是B型半桥控制差动缸，先导液桥输出都是用于控制主调整器。力反馈型式中流量传感器位于主调整器下游，而在电反馈型式中，流量传感器处于主调整器上游，当然在这两种型式中，级间动压反馈实现不一样，前者在流量传感器与先导阀之间，后者在主调整器与先导阀之间。第三个差异是，在前者流量－位移－力反馈经过支撑于流量传感器与先导阀芯之间反馈弹簧实现，在后者处于主调整器与先导阀芯之间弱弹簧不再是反馈弹簧，它主要起先导阀芯支承作用，电反馈经过位移传感器实现。因为均采取相同先导级及插装式主阀结构，所以二者在结构上有很好兼容性。第50页特点：

因为百分比放大器，百分比电磁铁、先导阀及主阀上干扰均在大闭环控制之内，因而，这种流量阀调整刚度大，抗干扰能力强。输出流量仅是输入电压信号单调函数。当然，它控制精度还取决于动态流量计本身精度。第51页第四节电液三通百分比流量阀第52页二通与三通型流量阀比较使用三通调速阀系统是一个负载适应系统，含有显著节能效益第53页定差溢流型三通百分比流量阀第54页该复合阀既可对输出流量进行百分比控制，又能为系统压力实现百分比调整。当然，两参数百分比调整是在不一样工况下实现。压力适应原理电液百分比压力流量复合阀（pq阀），即三通百分比流量阀。第55页工作原理当系统处于调整流量工况时，给百分比压力先导阀输入一恒定额定电信号，系统压力在低于百分比压力先导阀额定压力范围内改变时，百分比压力先导阀能可靠地关闭。显然，复合阀P阀在此工况中只起限压阀作用。百分比节流阀阀口恒定压差由溢流阀主级来确保。所以，经过百分比节流阀阀口流量与输入电