电液比例控制概述及设计的主要任务.doc

第1章 电液比例控制概述及设计的主要任务 1.1 比例控制技术的含义 习惯上，把使用比例控制元件（含比例阀、比例控制泵及比例放大器）的液压系统称为电液比例控制系统。 严格的讲，比例控制是实现元件或系统的被控制量（输出）与控制量（输入或指令）之间线性关系的技术手段，依靠这一手段要保证输出量的大小按确定的比例随着输入量的变化而变化。 绝对的线性关系是不存在的，工程上认为，将线性偏差值控制在允许的误差范围内的比例关系就是线性关系。 电液比例控制技术是以开环传动为主要特征的传统液压传动技术和以闭环控制为特征的电液伺服控制技术基础上，为适应一般工程系统对传动与控制特性提出的更高的要求，从上个世纪六七十年代开始逐步发展起来的的流体传动与控制领域中一个具有旺盛生命力的新分支。现今，电液比例技术已成为工业机械、工程机械及国防尖端产品不可或缺的重要手段，得到了相关工业界、技术界的格外重视。但由于其所具有的一些特点，对这种技术的了解、掌握和运用，不论理论上，还是实践上，都有很多问题需要研究、探讨、总结、提高，使其逐步像电液伺服技术那样，形成相应的科学体系，以更好的推动技术的发展。 实现输出量和输入量的线性关系，是线性控制理论的要求。因此，从控制原理的角度看，电业比例控制系统和电液伺服控制系统（也要求是线性系统）没有区别，但由于二者产生的历史背景不同，采用的技术手段不一样，应用场合有所侧重，使得在液压技术控制领域，人们总是习惯于严格的将比例技术和液压技术区分开。 刚开始接触比例技术和伺服技术的工程技术人员很容易提出：比例和伺服究竟有什么关系？用什么标准加以区别呢？ 1.2 比例技术和伺服技术的比较 一般来说，比例技术和伺服技术的主要区别是液压控制系统中采用的控制元件不同。电液比例控制系统（含开环控制和闭环控制）采用的控制元件为比例阀和比例泵，液压伺服控制系统（只有闭环流控制）采用的控制元件为伺服阀。表1-1为电液技术发展史。 表1-1 电液控制技术发展简史表 电液伺服技术 1940年第二次世界大战期间由于武器和飞行器自动控制需要而出现至1960年日臻成熟 但由于对流体介质的清洁度要求十分苛刻，制造成本和维修费用比较高，系统耗能也比较大，难以为各用户所接受 电 液 比 例 阀 技 术 1960年后期，各类民用工程对电液控制技术的需求显得迫切与广泛，因此，人们希望开发一种可靠、廉价、控制精度和响应特性均能满足工业控制系统实际需要的电液控制系统，1960年出现了工业伺服技术与电液比例技术（在传统开关阀的基础上） 工业伺服阀 1960年后期出现 伺服阀基础上，增大电机械转换器功率，适当简化伺服阀结构，降低制造成本。应用面不广 早期比例阀 1960年后期出现 仅将比例电磁铁用于控制阀，控制阀原理未变，性能较差，滞环形4-7%，用于开环 比例阀 1980年初期出现 完善控制阀设计原理，采用各种内外反馈、电校正，耐高压比例电磁铁、电控器特性大幅提高，稳态特性接近伺服阀，频响5-30hz，但有零位死区；及用于开环，也用于闭环 伺服比例阀 1990年中后期出现 制造精度、过滤精度矛盾淡化，首级阀口零遮盖无零位死区，用比例电磁铁为电机械转换器，2级阀主级阀口小压差，频响30-100hz，用于闭环 传统的电液开关技术 不能满足高质量控制系统的要求 二者的区别与联系表现在以下几个方面： (1) 元件的应用范围不同 比例控制元件的控制参数包括单方向的压力、单方向的流量、方向+流量、压力+流量。对应不同的控制参数，比例控制元件包括比例压力阀（比例溢流阀、比例减压阀、（含两通和三通）、）比例流量阀（只单方向控制液流的比例节流阀和比例流量阀）、比例方向阀（采用节流原理和流量控制原理在两个方向上控制液流）、复合比例控制阀。 伺服控制元件控制的参数包括流量+方向、流量+方向+压力、压力+方向、对应的有流量伺服阀、压力伺服阀、压力伺服阀和压力流量复合控制阀。这类元件的功率级均采用节流原理实现对流量（含方向）和压力（含方向）的比例控制阀。 控制元件的上述差别导致比例技术与伺服技术的应用范围不同。比例系统可代替普通的液压系统和部分伺服系统，其中，比例压力阀和比例流量阀可分别代替普通的手调压力阀和手调流量阀，采用比例压力阀的比例压力控制系统和采用比例流量阀的比例流量控制系统与伺服系统没有可比性，这两类系统的特征主要与普通的液压系统相比较。比例方向阀既可代替由普通电磁换向阀（开关型）和手调节流阀组成的流量与方向控制单元，又与电液伺服阀十分相似，故比例技术与伺服技术的比较主要在采用比例方向阀的系统与采用伺服阀的系统中进行 (2) 控制元件采用的驱动装置（电——机械）转换器不同 比例控制元件采用的驱动装置为比例电磁铁（动鉄式电——机械转换器），其输入电信号一般为