液压伺服和电液比例控制技术培训资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,液压伺服和电液比例控制技术,第一节 液压伺服控制,液压伺服控制是,以液压伺服阀为核心,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、成比例的控制流量和压力进行液压控制的控制方式。,根据输入信号的方式不同，,又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转换元件，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。,电液伺服阀,电液伺服系统的核心元件，其性能对整个系统的特性有很大影响。,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（平衡）机构,三部分组成,。,（1）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，输出直线位移装置称为力马达。,（2）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。,（3）反馈与平衡机构,使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。,如图所示，上半部分为电气机械转换装置，即力矩马达，下半部分为前置级（喷嘴挡板）和主滑阀。,当无电流信号输入 时，力矩马达无力矩输出，与衔铁5固定在一起的挡板9处于中位，主滑阀阀芯亦处于中（零）位。,电液伺服阀的工作原理,液压泵输出的油液以压力p,s,进入主滑阀阀口，因阀芯两端台肩将阀口关闭，油液不能进入A,B口，但经固定节流孔10和13分别引到喷嘴8和7，经喷射后，液流流回油箱。,由于挡板处于中位，两喷嘴与挡板的间隙相等，因而油液流经喷嘴的液阻相等，则喷嘴前的压力p,1,与p,2,相等，主滑阀阀芯两端压力相等，阀芯处于中位。,若线圈输入电流，控制线圈中将产生磁通，使衔铁上产生磁力矩。,当磁力矩为顺时针方向时，衔铁将连同挡板一起绕弹簧管中的支点顺时针偏转。,图中左喷嘴8的间隙减小，右喷嘴7的间隙增大，即压力 p,1,增大，p,2,减小，,主滑阀阀芯向右运动,，,开启阀口，p,s,与B相通A与T相通。,在主滑阀阀芯向右运动的同时，通过挡板下端的弹簧管11反馈作用使挡板逆时针方向偏转，使左喷嘴9的间隙增大，右喷嘴7的间隙减小，于是压力p,1,减小，p,2,增大。,当主滑阀阀芯向右移到某一位置，又两端压力差(p,1,-p,2,)形成的,液压力通过反馈弹簧杆作用在挡板上的力矩、喷嘴液流压力作用在挡板上的力矩以及弹簧管的反力矩之和与力矩马达产生的电磁力矩相等时,，主滑阀阀芯受力平衡，,稳定在一定的开口下工作。,显然，改变输入电流大小，可成比例的调节电磁力矩，从而得到不同的主阀开口大小。,若改变输入电流的方向，主滑阀阀芯反向位移，可实现液流的反向控制。,图8-1所示电液伺服阀的主滑阀阀芯的最终工作位置是通过挡板弹性反力反馈作用达到平衡的，因此称之为,力反馈式,。,除力反馈式以外，伺服阀还有,位置反馈，负载反馈，负载压力反馈,等。,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，射流管和喷嘴挡板三种。,根据滑阀的控制边数，滑阀的控制形式有单边，双边和四边三种,其中单边和双边的控制式只用于控制单出杆液压缸；四边控制式既可控制单出杆液压缸，也可控制双出杆液压缸，四边控制式因控制性能好，用于精度和稳定性要求较高的系统。,根据滑阀阀芯在中位时阀口的,预开口量,不同，滑阀又分为负开口（正遮盖），零开口（零遮盖）和正开口（负遮盖）三种形式,如图8-3所示。负开口在阀芯开启时存在一个死区且流量特性为非线性，因此很少采用；正开口在阀芯处于中位时存在泄露且泄露较大，所以一般不用于大功率控制场合，另外，它的流量增益也是非线性的。,零开口结构性能最好，应用最广，但完全的零开口在工艺上是难以达到的，因此实际的零开口允许小于0.025mm 的微小开口量偏差。,4.伺服阀的性能与特点,如图，零开口四边滑阀。图示位置阀芯向右偏移，阀口1和3开启，2和4关闭。,压力油源p,p,经阀口1通往液压缸，回油经阀口3回油箱。,优点：,伺服阀控制精度高，响应速度快，,特别是电液伺服系统易实现计算机控制。,在工业自动化设备、航空、航天、冶金和军事装备中得到广泛应用。,缺点：,伺服阀加工工艺复杂，对油液污染敏感，成本高，维护保养困难。,二、电液伺服系统的应用,电液伺服系统通过电气传动方式，将电气信号输入系统，来操纵有关的液压控制元件动作，控制液压执行元件使其跟随输入信号动作。其,电液两部分之间都采用电液伺服阀作为转换元件。,机械手手臂伸缩电液伺服系统。,手臂移动的行程决定于脉冲的数量，速度决定于脉冲的频率。,第二节 电液比例控制,电液比例控制是介于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。它能实现对液流压力和流量连续地、按比例地跟随控制信号而变化。因此，它的控制 性能优于开关式控制，它与电液伺服控制相比，其控制精度和响应速度较低，但它的成本低，抗污染能力强。,近年来在国内外得到重视，发展较快，电液比例控制的核心元件式电液比例阀，简称比例阀。本节主要介绍常用的电液比例阀及其应用。,一电液比例控制器,电液比例控制阀,由常用的人工调节或开关控制的液压阀,加上电机械比例转换装置,构成,。常用的电机械比例转换装置是有一定性能要求的电磁铁，它能把电信号按比例地转换成力或位移，对液压阀进行控制。,在使用过程中，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，,比例阀一般都具有压力补偿性能,，所以,它的输出压力和流量可以不受负载变化的影响。,电液比例控制阀,被广泛地应用于对液压参数进行连续、远距离控制或程序控制，但对控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。,根据用途和工作特点的不同，比例阀可以分为,比例压力阀,（如比例溢流阀、比例减压阀等）、,比例流量阀,（如比例调速阀）和,比例方向阀,（如比例换向阀）等三类。,电液比例换向阀不仅能控制方向，还有控制流量的功能。,而比例流量阀仅仅是用比例电磁铁来调节节流阀的开口。,由压力阀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，推杆通过钢球4，弹簧5把电磁推力传给锥阀6。推力的大小与电流I成比例，,电磁力FKI,pA=KI，p=KI/A,（A为锥阀芯有效承压面积）,比例电磁铁代替了调节弹簧手柄。当输入一个电信号电流时，比例电磁铁产生一个相应的电流I，成比例的电磁力F。,电液比例压力阀,当阀进油口p处作用在锥阀上的液压力超过弹簧力时，锥阀打开，油液通过阀口由出油口排出，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处压差的改变以及稳态液动力的变化等，被控制的油液压力依然会有一些改变。,图8-6所示为,直动式压力阀,，它可以直接使用，也可以用来作为先导阀以组成先导式的比例溢流阀，比例减压阀和比例顺序阀等元件。,电液比例换向阀,电液比例换向阀一般,由电液比例减压阀和液动换向阀组合而成,，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的大小，从而控制液流的方向和流量 的大小。,电液比例换向器的工作原理如图8-7所示，,先导级电液比例减压阀由两个比例电磁铁2，4和阀芯3等组成,当输入电流信号给电磁铁2时，阀芯被推向右移，供油压力p经右边阀口减压后，经通道a,b反馈至阀芯3的右端，与电磁铁2的电磁力相平衡。因而减压后的压力与供油压力大小无关，而只与输入电流信号的大小成比例。,减压后的油液经过通道a,c作用在换向阀阀芯5的右端，使阀芯左移，打开与的连通阀口并压缩左端的弹簧，阀芯5的移动量与控制油压的大小成正比，即阀口的开口大小与输入电流信号成正比,液动换向阀的端盖上装有节流阀调节螺钉1和6，可以根据需要分别调节换向阀的换向时间，此外，这种换向阀也和普通换向阀一样，,可以具有不同的中位机能。,二、电液比例控制系统,电液比例控制系统,由电子放大及校正单元、电液比例控制元件、执行元件及液压源、工作负载及信号检测处理装置等组成。,按有无执行元件输出参数的反馈形式分为闭环控制系统和开环控制系统。,最简单的电液比例控制系统是采用比例压力阀、比例流量阀来替代普通液压系统中的多级调压回路或多级调速回路。,这样不仅简化了系统，而且可实现复杂的程序控制及远距离信号传输，便于计算机控制。,图8-8所示为电液比例压力阀用于钢带冷轧卷取机的液压系统。,轧机对卷取机构的要求是：,当钢带不断从轧辊下轧制出来时，卷取机应以恒定的张力将其卷起来。,为了实现这一要求，就必须在钢带卷半径变化时保证张力恒定不变，要保证张力不随钢带卷半径变化，必须使液压马达的进口压力p随的增大而成比例地增加。,为此，在该系统进行轧制工作时，先给定一个张力值储存于电控制器内，而在轧辊与卷筒之间安装一张力检测计，将检测的实际张力值反馈与给定张力值进行比较，当比较得到的偏差值达到某一限定值时，电控制器输入比例压力阀的电流变化一个相应值，使控制压力p改变，于是液压马达的输出转矩及张力作相应的改变，使偏差消失或减小。,在轧机的实际工作中，随着钢带卷半径的增大，实际张力减小，出现的偏差为负值。这时输入电流增加一个相应值，液压马达的进出压力p增加一个相应值，从而使液压马达输出转矩及张力相应增加，力图保持张力等于给定值。,随着钢带卷半径的不断变化而不断重复调节上述过程。,第三节计算机机电控制技术,随着电子技术和计算机控制技术的日益发展，液压技术也日益朝着智能化方向迈进，计算机电液控制技术是计算机控制技术与液压传动技术相结合的产物。,这种控制系统除常规的液压传动系统外，通常还有,数据采集装置、信号隔离和功率放大电路、驱动电路、电机械转换器、主控制器（微型计算机或单片微机）及相关的键盘及显示器,等。,这种系统一般是以稳定输出（力、转矩、转速、速度）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，这种控制系统操作简单，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的算法，且较易实时控制和在线检测。,本节主要以泵容积调速系统的计算机控制为例，讲述计算机电液控制系统的组成及工作原理。,泵控液压马达容积调速系统由于具有功率大、效率高等优点而得到广泛的应用，但由于液压系统的工作参数（如流量、温度等）的严重时变，而又使其输出的参数（转速、转矩等）不稳定，系统的静态性能和动态品质较差。,一、泵控液压马达容积调速系统的组成,如图8-9所示的泵控容积调速计算机控制系统以单片机MCS-51作为主控单元，对其输出量进行检测、控制。,输入接口电路，经A/D转换后反馈输入主控单元，主控单元按一定控制策略对其进行运算后经输出接口和接口电路，送到步进电机，由步进电机驱动机械传动装置，从而控制伺服变量泵的斜盘位置，调整液压泵的输出参数，从而保证液压马达的输出稳定在一定的数值上。,二、控制系统的硬件及软件设计,1.控制系统的硬件设计,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。,输入通道主要将转矩传感器得到的相位差信号放大，再经过转速转矩测量仪转变成模拟量输出，然后转速信号和转矩信号分成两路经高共模抑制比电路进行放大。,根据转速信号和转矩信号的电压量程不同，选取合适的放大倍数，将其电压转变成统一的量程为200V5V的标准电压信号，再经硬件滤波，滤去高次谐波，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。,在设计过程中，要根据系统泵控制方式选择机械传动的具体形式，在此基础上确定负载力的大小，选择步进电动机的参数指标确定控制电路的形式，以满足系统的需要。,同时，根据系统的精度要求，决定步进电动机和机械传动结构之间的精度分配，以保证系统的精度满足设计要求。,2.控制系统的软件设计,一个完整的控制系统，其输入输出接口要完成所具有的功能，必须要使软件和硬件恰当配合。,泵控液压马达容积调速系统的软件构成如图8-10所示，它包括输入信号采样，A/D转换及滤波软件，系统自动复位软件，键盘及显示软件，控制算法及步进电动机控制软件和主系统管理软件。,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，然后调用显示软件进行显示，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。,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，并由此编写的计算机应用程序。,随着控制理论和计算机技术的发展，控制策略也日渐增多，泵控液压马达容积调速系统的计算机控制中常用的控制算法有PID算法，砰-砰（Bang-Bang)控制算法以及PID和砰-砰相结合的控制算法。,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，这种控制方法的主要特点即在于研究的目标不再是研究对象，而是控制器本身。控制器也不再是单一的数学解析模型，而是包括解析和推理的知识模型，其控制规则归根到底是模拟人脑的思维方式，,这种控制方式不需要控制对象的准确模型，而能较好地解决控制系统中稳定性与准确性的矛盾，又能增强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、参数自适应模糊控制算法以及规则可调整的模糊控制算法等。,图8-11为一般模糊控制系统的原理图。模糊控制方法的关键是模糊控制器的设计，模糊控制器由模糊化、模糊控制算法和模糊判决三部分构成。即对输入量（偏差,E,和d,E,/d,t,）进行模糊化，再进行模糊运算，最后进行模糊判决，得到确切的控制量，并加到被控对象上，由上述过程即可算出总控制表，将其存入计算机。,在实际控制时只要测得偏差量E，然后计算出偏差变化率 d,E,/d,t,，就可查内存中的总控制表，找出相应的控制量。,总之，微型计算机的发展给电液控制技术增加了新的活力，,它有极快的运算速度，强大的记忆能力和灵活的逻辑判断功能,，使许多过去难以解决的电液控制问题，都可以通过计算机得以实现，大大提高了液压系统的控制精度和运行可靠性，因而具有广泛的应用和发展前景。,表 8-1 模糊控制总表,表8-1所示为某泵控液压马达容积调速系统的计算机模糊控制总表。,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,