电液气控制工程.ppt
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电液气控制工程实验平台的研究与构建
小 、 量轻 、 重 结构 简单 等优 点 。因为 它既利 用 了油液 的
５ 液 压泵 ．
６９空气过滤器 、． ｕ． 溢流阀 气
１． 轴 ６卷
１． 滤器 Ｏ过
ｌ． 压缸 ４液
１． 液 伺 服 阀 ３气
ｌ． 材 ７带 １ ． 传 感 器 ８气
１． ５ 电机
图 １ 电 液控 制 实 验 台 液压 回路
用 ， 是 目前缺 乏相 应 的演 示 实验设 备 ， 但 帮助学 生理解 电液伺服 控制 工作原 理 ， 为此采 用气 液伺 服技术 ， 设计
和制造一 台电液控 制实验 台 ， 实 际教学 中得 到应用 ， 在 取得 了很 好 的教 学效 果 。
２ 电液控 制 实验 台原理
电液 控制 实验 台液 压 回路 如 图 １所 示 ， 是 一 种 它
关 键词 ： 液压 伺服 ； 气液伺服 阀 ； 带材 纠偏 中图分类 号 ：Ｈ１７ 文献标 识码 ： 文章 编号 ：０ ０４ ５ （０ ） ５０ ０ －２ Ｔ ３ Ｂ １ ０ －８ ８ ２ １ ０ －０ ９０ １
１ 前 言
稳 的 自动 控制 系统 。可 以 同时演 示 电液伺 服 、 液 伺 气
１油箱 ． ２单 向阀 ． ３ 液 压 溢 流 阀 ４、２ 压力 表 ． １． ７气泵 ． ８ 电机 ．
薄膜 、 材等 带 材 的卷 料 、 切 、 布 、 料 过 程 的 纠 箔 分 涂 收 编 。采用 电液气 控 制 纠 编 ， 度 高 、 敏 度 好 、 作方 精 灵 操 便、 运行 可靠 。与其 他类 型 的跑 偏 控 制 系 统 （ 比如光 电式 ） 比 ， 有 耗 能 少 、 本 低 、 应 速 度 快 、 积 相 具 成 响 体
液压 和气 动伺 服系 统 ， 液压 油源 、 将 液压泵 、 泵 、 液 气 气
５ 液 压泵 ．
６９空气过滤器 、． ｕ． 溢流阀 气
１． 轴 ６卷
１． 滤器 Ｏ过
ｌ． 压缸 ４液
１． 液 伺 服 阀 ３气
ｌ． 材 ７带 １ ． 传 感 器 ８气
１． ５ 电机
图 １ 电 液控 制 实 验 台 液压 回路
用 ， 是 目前缺 乏相 应 的演 示 实验设 备 ， 但 帮助学 生理解 电液伺服 控制 工作原 理 ， 为此采 用气 液伺 服技术 ， 设计
和制造一 台电液控 制实验 台 ， 实 际教学 中得 到应用 ， 在 取得 了很 好 的教 学效 果 。
２ 电液控 制 实验 台原理
电液 控制 实验 台液 压 回路 如 图 １所 示 ， 是 一 种 它
关 键词 ： 液压 伺服 ； 气液伺服 阀 ； 带材 纠偏 中图分类 号 ：Ｈ１７ 文献标 识码 ： 文章 编号 ：０ ０４ ５ （０ ） ５０ ０ －２ Ｔ ３ Ｂ １ ０ －８ ８ ２ １ ０ －０ ９０ １
１ 前 言
稳 的 自动 控制 系统 。可 以 同时演 示 电液伺 服 、 液 伺 气
１油箱 ． ２单 向阀 ． ３ 液 压 溢 流 阀 ４、２ 压力 表 ． １． ７气泵 ． ８ 电机 ．
薄膜 、 材等 带 材 的卷 料 、 切 、 布 、 料 过 程 的 纠 箔 分 涂 收 编 。采用 电液气 控 制 纠 编 ， 度 高 、 敏 度 好 、 作方 精 灵 操 便、 运行 可靠 。与其 他类 型 的跑 偏 控 制 系 统 （ 比如光 电式 ） 比 ， 有 耗 能 少 、 本 低 、 应 速 度 快 、 积 相 具 成 响 体
液压 和气 动伺 服系 统 ， 液压 油源 、 将 液压泵 、 泵 、 液 气 气
液压与气动技术PPT完整全套教学课件
学习单元１ 液压与气动的工作原理
一、概述
二、液压传动 的工作原理
三、气动的工作 原理
如图１-２ a所示为气动剪切机的工作 原理图，图１-２ b所示为其简化模型图。 工料１１被送到剪切机预定位置时，将推动 行程阀８的阀芯右移，使换向阀９的控制腔 A 通过行程阀８与大气相通，换向阀９的阀 芯在弹簧作用下能够向下移动；
学习单元3 液压与气动的优、缺点及应用
一、液压传动 的优、缺点
二、气动的优、 缺点
三、液压与气 动技术的用与 发展概况
②液压传动装置重量轻、惯性小、工作 平稳、换向冲击小，易实现快速启动、制动， 换向频率高。 对于回转运动，液压装置每 分钟可达500转，直线往复运动每分钟可达 400~1000次，这是其他传动控制方式无法比 拟的。
一、液压传动 的优、缺点
二、气动的优、 缺点
三、液压与气 动技术的用与 发展概况
③空气对环境的适应性强，特别是在高 温、易燃、易爆、高尘埃、强磁、辐射及振 动等恶劣环境中，比液压、电气及电子控制 都优越。
④空气的黏度很小，在管路中流动时的 压力损失小，管道不易堵塞；
学习单元3 液压与气动的优、缺点及应用
一、液压传动 的优、缺点
二、气动的优、 缺点
三、液压与气 动技术的用与 发展概况
空气也没有变质问题，所以节能、高效，适 用于集中供气和远距离输送。
⑤与液压传动相比，气动反应快，动作 迅速，一般只需0.02~0.03s就可获得需要的 压力和速度。 因此，特别适用于实现系统 的自动控制。
学习单元3 液压与气动的优、缺点及应用
１、密度 ２、可压缩性 ３、黏性和黏度 ４、黏度与温度、压力的关系
学习单元4 液压与气动技术的基本理论
液位控制PPT课件
3、磁浮子： 磁性浮子式液位计通过与容 器相连的连通器内的浮子随 液面（或界面）的上下移动， 由浮子内的磁钢利用磁耦合 原理驱动磁性翻板指示器， 用红白两色（液红气白）明 显直观地指示出容器内的液 位或界位。
磁翻板：
磁浮球：
4、浮球阀： 自来水直供系统
电接点式（液位开关、液位继电器）
2019/11/4
2019/11/4
.
37采用发射—反射—接收的工作模式。 雷达液位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对 象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接 收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下： D=CT/2 式中 D——雷达液位计到液面的距离 C——光速 T——电磁波运行时间
适用介质： 清水、污水、 油类及中度腐蚀性液体。
内部结构分微动开关和水银开关：
2、连杆浮球：
内部结构：
干簧管原理：
霍尔接近开关：
霍尔效应：半导体薄片置于磁场中（磁场方向垂直于薄 片），当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上 将产生电动势，这种现象称为霍尔效应。产生的电动势 称为霍尔电势。
液位控制系统介绍
工程部
内容概要：
液位控制系统简述 常用液位传感器介绍
液位控制系统主要包括三部分
传感器部分： 把被测介质的液位转换为电或可视信号。 控制部分： 根据传感器送来的信号，按照预定模式操作执行机 构，达到控制液位目的。 （控制电路） 执行机构部分： 主要传送介质、调节液位的部件。（水泵等）
工作原理：
利用光线的折射及反射原理，光线在两种不同介质的分界面将产生反射或折 射现象。当被测液体处于高位时则被测液体与光电开关形成一种分界面，当被测液体 处于低位时，则空气与光电开关形成另一种分界面，这两种分界面使光电开关内部光 接收晶体所接收的的反射光强度不同，即对应两种不同的开关状态。（如下图）
电液控制技术(1)及应用
比例阀技术初步
• 比例阀介于常规开关阀和闭环伺服阀之间已成
为现今液压系统的常用组件,液压工业从比例阀 技术的发展而获益匪浅。
• 看一个例子：
比例阀技术对于液压系统究竟意味着什么
比例阀技术对于液压系统究竟意味着什么
上图说明了信号流程： 输入电信号为电压多数为0至9V由信号放大器成比例地转化为
电流即输出变量如1mV相当于1mA； 比例电磁铁产生一个与输入变量成比例的力或位移输出； 液压阀以这些输出变量力或位移作为输入信号就可成比例地输 出流量或压力； 这些成比例输出的流量或压力输出对于液压执行机构或机器动 作单元而言意味着不仅可进行方向控制而且可进行速度和压力 的无级调控； 同时执行机构运行的加速或减速也实现了无级可调如流量在某 一时间段内的连续性变化等。
如果对于不带位移传感器的直动式比例方向阀，其滞环一 般为5-6%，重复精度2-3%。
比例方向阀-直动式
控制阀芯的结构：
图示，比例阀控制阀芯与普通方向阀 阀芯不同，它的薄刃型节流断面呈三 角形。用这种阀芯形式，可得到一条 渐增式流量特性曲线。
阀芯的三角控制棱边和阀套的控制棱
边，在阀芯移动过程中的任何位置上，
比例泵的恒压、恒流、压力流量复合控制等多种功能控制块 ，可采用组合叠加方式；
控制放大器、电磁铁、和比例阀组成电液一体化结构。
电液比例控制的技术特征
带比例电磁铁的比例阀和比例泵为电气控制提供了良好的接 口无论对于顺序控制的生产机械还是其它可编程的控制/驱动 系统都提供了极大的灵便性。 比例控制设备的技术优势主要在于阀位转换过程是受控的设 定值可无级调节且实现特定控制所需的液压元件较少从而减 少了液压回路的投资费用。 使用比例阀可更快捷更简便和更精确地实现工作循环控制并 满足切换过程的性能要求由于切换过渡过程是受控的避免产 生过高的峰值压力因而延长了机械和液压元器件的使用寿命 。
电液伺服与比例控制简介
7
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2、射流管式电液伺服阀 图10-3是MOOG公司D661-G系列位移电反 馈射流管式伺服阀的结构示意图，本书以该阀为 例介绍射流管阀的工作原理。
图10-3 射流管式二级电液伺服阀 1—力矩马达；2—射流管；3—放大器；4—位置反馈 传感器；5—主阀芯
指令信号和 反馈信号的差值 通过电流负反馈 放大器3放大作 用在先导阀的力 矩马达1上，如 果差值不为零， 这样产生的转矩 驱动射流管2发 生偏转，使得主 阀芯5两端产生 压降而发生移动。 同时，位置反馈 传感器4与主阀 一起移动，
11
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1、电液比例方向阀
1. 直动式的比例方向阀 图10-4是最普通的直动式比例方向阀的典型结构。
图10-4 直动式比 例方向阀 1—阀体 2—控制 阀芯 3、4—弹簧 5、6—电磁铁 7— 丝堵
工作原理：电磁铁5和6不带电时，弹簧3和4将控制阀 芯2保持在中位。比例电磁铁得电后，直接推动控制阀芯2， 例如，电磁铁b（6）得电，控制阀芯2被推向左侧，压在 弹簧3上，位移与输入电流成比例。这时，P口至A口及B 口至T口通过阀芯与阀体形成的节流通道。电磁铁6失电， 2被3重新推回中位。弹簧3，4有两个任务：①电磁铁5和 6不带电时，将控制阀芯2推回中位；②电磁铁5或6得电时， 其中一个作为力—位移传感器，与输入电磁力相平衡，从 而确定阀芯的位置。 12
3
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电气伺服放大器、电液伺服阀均属于此类元件。 执行元件——将产生调节动作的液压能量加 于控制对象上的元件，如液压缸和液压马达。 控制对象——各类生产设备，如机器工作台、刀 架等。 比例控制元件的也包括上述六部分组成，所 不同的是放大、能量转换元件为比例放大器和电 液比例阀。
4
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电液气控制工程3
2.2 滑阀静态特性的一般分析
滑阀的 静态特性即压 力－流量特性 ，是指稳态 情况下，阀的负载流量 qL、负载压力 pL和滑阀 芯位移 xv三者之间的关系： q L f ( p L , xV ) 它表示滑阀的工作能力和性能，对液压伺服系统 的静、动 态特性计算具 有重要意义
一、压力－流量方程的一般表达式
1 ρ
(p s + p L)
供油流量： q s C dA 2 1 ρ (ps - p L) + C dA1 1 ρ (p s + p L)
二、滑阀的静态特性曲线
滑阀的静态特性可以用静态特性曲线表达
阀的流量特性是指负载压降pL 等于常数时，负载流量与阀芯 之间的关系。
负载压降pL=0时的流量特性称 为空载流量特性，相应的曲线 称为空载流量特性曲线。
各桥臂的流量为 q1 = g1 p1 q2 =g 2 q3 = g 3 q4 =g 4 p2 p3 p4
这里 g i C dA i
2
,
g i称为节流口的 液导 , C d为阀节流口流量系数，
为液体密度， i为节流口开口面积，
g i随 i变化，是阀芯位移 xv的函数 , 其变化规律取决于节流口 的几何形状
q L K q xV K c p L , 三系数在确定系统的稳定性、响 应特性和稳态误差时非常重要。流量增益 K q直接影响 系统开环增益，因而对系统的稳定性、响应特性、稳 态误差有直接的影响；流量－压力系数 K c直接影响阀 控执行元件的阻尼比与速度刚度；压力增益 K p表示阀控 执行元件组合起动负 载的能力 。 最重要的工作点：原点（阀的性 能 参 数 K q 0, K c 0, K p 0）
将 p1 p3 代入 p 2 + p3 = ps 得 p1 + p 2 = ps 与 p1 -p2 = p L 联立解得 p1 = p2 = ps + p L 2 p s -p L
滑阀的 静态特性即压 力－流量特性 ，是指稳态 情况下，阀的负载流量 qL、负载压力 pL和滑阀 芯位移 xv三者之间的关系： q L f ( p L , xV ) 它表示滑阀的工作能力和性能，对液压伺服系统 的静、动 态特性计算具 有重要意义
一、压力－流量方程的一般表达式
1 ρ
(p s + p L)
供油流量： q s C dA 2 1 ρ (ps - p L) + C dA1 1 ρ (p s + p L)
二、滑阀的静态特性曲线
滑阀的静态特性可以用静态特性曲线表达
阀的流量特性是指负载压降pL 等于常数时，负载流量与阀芯 之间的关系。
负载压降pL=0时的流量特性称 为空载流量特性，相应的曲线 称为空载流量特性曲线。
各桥臂的流量为 q1 = g1 p1 q2 =g 2 q3 = g 3 q4 =g 4 p2 p3 p4
这里 g i C dA i
2
,
g i称为节流口的 液导 , C d为阀节流口流量系数，
为液体密度， i为节流口开口面积，
g i随 i变化，是阀芯位移 xv的函数 , 其变化规律取决于节流口 的几何形状
q L K q xV K c p L , 三系数在确定系统的稳定性、响 应特性和稳态误差时非常重要。流量增益 K q直接影响 系统开环增益，因而对系统的稳定性、响应特性、稳 态误差有直接的影响；流量－压力系数 K c直接影响阀 控执行元件的阻尼比与速度刚度；压力增益 K p表示阀控 执行元件组合起动负 载的能力 。 最重要的工作点：原点（阀的性 能 参 数 K q 0, K c 0, K p 0）
将 p1 p3 代入 p 2 + p3 = ps 得 p1 + p 2 = ps 与 p1 -p2 = p L 联立解得 p1 = p2 = ps + p L 2 p s -p L
液压控制系统(常同立编著,清华大学出版社)PPT课件
102双喷嘴挡板力反馈电液伺服阀1阀体2固定节流孔3第二级滑阀阀芯5喷嘴与挡板6永磁体7衔铁8电磁线圈9力矩马达外壳10弹簧管11反馈弹簧12固定节流孔13滤清器103零部件结构104结构展开图1喷嘴2喷嘴3固定节流孔定节流孔5第二级滑阀阀芯6永磁7衔铁8电磁线圈9弹簧管10反馈弹簧105伺服阀系统方块图106系统开环伯德图在双喷嘴力反馈电液伺服阀中决定其动态特性的力反馈系统107712滑阀式直接反馈两级伺服阀1阀体2固定节流孔3第二级滑阀阀芯4固定节流孔5第一级滑阀阀芯圈力马达7衔铁8调节螺钉910定位弹簧11永磁体108结构展开图1阀体2固定节流孔二级滑阀阀芯4固定节流孔5第一级滑阀阀芯67定位弹簧109方块图110713射流管力反馈流量电液伺服阀1供油管2永磁体3衔铁4射流管5电磁线圈6弹簧管7接收器8反馈弹簧9滑阀射流管力反馈电液伺服阀是一种高抗工作液污染安全性好低压性能优良的电液伺服阀
12
应用案例 5——机器动物
高功率体积比和结构紧凑
13
应用案例 5——机器动物
14
应用案例 5——机器动物
15
应用案例 6——两足机器人
高功率体积比和结构紧凑
16
应用案例 6 —— 两足机器人
17
小结
液压控制技术是一门机电液一体化新技术，它是自动控制技术的 一个重要分支。液压控制技术包括开环控制和闭环控制两类，其中液 压闭环控制较为复杂。
29
第2章 参考文献
[1] Katsuhiko Ogata. System dynamics. 北京：机械工业出版社. 2004.3 [2] 吴重光. 仿真技术. 北京：化学工业出版社. 2000.5. [3] Katsuhiko Ogata. Modern control engineering. Prentice Hall, 2010 [4] John J. D’Azzo and Constantine H. Houpis, Stuart N. Sheldon. Linear Control System Analysis and Design with Matlab. New York: Marceld Dekker, Inc. 2003 [5] 王广雄，何朕. 控制系统设计. 北京：清华大学出版社, 2008.3. [6] 高钟毓等. 机电控制工程. 北京：清华大学出版社, 2011.8. [7] www. [8] Roland S. Burns. Advanced Control Enginineering. Oxord: Butterworth-Heinemann. 2001. [9] J.R. Leigh. Control theory. London: The institution of engineering and technology. 2004. [10] Isaac Horowitz. Some ideas for QFT research. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 2003, 13: 599-605. [11] 刘兵，冯纯伯. 基于双重准则的二自由度预测控制——连续情况. 自动化学报. 1998，24(6):721-726. [12] 冯勇等. 现代计算机控制系统. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 1998.7. [13] D. M. Auslander, J. R. Ridgely, J. D. Ringgenberg. Control software for mechanical systems: object-oriented design in a real-time world. Pearson Education, Inc. 2002.
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应用案例 5——机器动物
高功率体积比和结构紧凑
13
应用案例 5——机器动物
14
应用案例 5——机器动物
15
应用案例 6——两足机器人
高功率体积比和结构紧凑
16
应用案例 6 —— 两足机器人
17
小结
液压控制技术是一门机电液一体化新技术，它是自动控制技术的 一个重要分支。液压控制技术包括开环控制和闭环控制两类，其中液 压闭环控制较为复杂。
29
第2章 参考文献
[1] Katsuhiko Ogata. System dynamics. 北京：机械工业出版社. 2004.3 [2] 吴重光. 仿真技术. 北京：化学工业出版社. 2000.5. [3] Katsuhiko Ogata. Modern control engineering. Prentice Hall, 2010 [4] John J. D’Azzo and Constantine H. Houpis, Stuart N. Sheldon. Linear Control System Analysis and Design with Matlab. New York: Marceld Dekker, Inc. 2003 [5] 王广雄，何朕. 控制系统设计. 北京：清华大学出版社, 2008.3. [6] 高钟毓等. 机电控制工程. 北京：清华大学出版社, 2011.8. [7] www. [8] Roland S. Burns. Advanced Control Enginineering. Oxord: Butterworth-Heinemann. 2001. [9] J.R. Leigh. Control theory. London: The institution of engineering and technology. 2004. [10] Isaac Horowitz. Some ideas for QFT research. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 2003, 13: 599-605. [11] 刘兵，冯纯伯. 基于双重准则的二自由度预测控制——连续情况. 自动化学报. 1998，24(6):721-726. [12] 冯勇等. 现代计算机控制系统. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 1998.7. [13] D. M. Auslander, J. R. Ridgely, J. D. Ringgenberg. Control software for mechanical systems: object-oriented design in a real-time world. Pearson Education, Inc. 2002.
电子教案与课件液压与气压传动化工第三版第5章液压控制元件
力为（ 0.3～0.5）MPa。
9
机械工程学院
第五章 液压控制元件
➢ 液控单向阀
• 工作原理
– 当控制油口不通压力 油时，油液只能从 p1→p2；当控制油口 通压力油时，正、反 向的油液均可自由通 过。
– 根据控制活塞上腔的 泄油方式不同分为内 泄式和外泄式。
图5.2 液控单向阀
a)简式 b)复式 1-控制活塞；2-单向阀阀芯；卸载阀小阀芯
23
机械工程学院
第五章 液压控制元件
一、溢流阀
➢ 溢流阀类型
• 按结构形式分 直动型溢流阀和先导型溢流阀
24
机械工程学院
第五章
（1）直动型溢流阀
• 结构原理 直动型溢流阀由阀芯、
阀体、弹簧、上盖、调节杆、调节螺 母等零件组成。阀体上进油口旁接在 泵的出口，出口接油箱。原始状态， 阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位 置，进出油口隔断。进口油液经阀芯 径向孔、轴向孔作用在阀芯底端面， 当液压力等于或大于弹簧力时，阀芯 上移，阀口开启，进口压力油经阀口 溢回油箱。此时阀芯受力平衡，阀口 溢流满足压力流量方程。
用外控时，独立油源的流量不得小
于主阀最大通流量的15 ％，以保证
换向时间要求。
▪ 电磁阀的回油可以单独引出（外排），也可以在阀体内与主阀回油口
沟通，一起排回油箱（内排）。
▪ 液动阀两端控制油路上的节流阀可以调节主阀的换向速度。
20
机械工程学院
第五章 液压控制元件
滑阀的中位机能
• 三位的滑阀在中位时各油口 的连通方式体现了换向阀的 控制机能，称之为滑阀的中 位机能。
能要好，压力阀阀芯工作的稳定性要好。 • 所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变化
9
机械工程学院
第五章 液压控制元件
➢ 液控单向阀
• 工作原理
– 当控制油口不通压力 油时，油液只能从 p1→p2；当控制油口 通压力油时，正、反 向的油液均可自由通 过。
– 根据控制活塞上腔的 泄油方式不同分为内 泄式和外泄式。
图5.2 液控单向阀
a)简式 b)复式 1-控制活塞；2-单向阀阀芯；卸载阀小阀芯
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机械工程学院
第五章 液压控制元件
一、溢流阀
➢ 溢流阀类型
• 按结构形式分 直动型溢流阀和先导型溢流阀
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机械工程学院
第五章
（1）直动型溢流阀
• 结构原理 直动型溢流阀由阀芯、
阀体、弹簧、上盖、调节杆、调节螺 母等零件组成。阀体上进油口旁接在 泵的出口，出口接油箱。原始状态， 阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位 置，进出油口隔断。进口油液经阀芯 径向孔、轴向孔作用在阀芯底端面， 当液压力等于或大于弹簧力时，阀芯 上移，阀口开启，进口压力油经阀口 溢回油箱。此时阀芯受力平衡，阀口 溢流满足压力流量方程。
用外控时，独立油源的流量不得小
于主阀最大通流量的15 ％，以保证
换向时间要求。
▪ 电磁阀的回油可以单独引出（外排），也可以在阀体内与主阀回油口
沟通，一起排回油箱（内排）。
▪ 液动阀两端控制油路上的节流阀可以调节主阀的换向速度。
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机械工程学院
第五章 液压控制元件
滑阀的中位机能
• 三位的滑阀在中位时各油口 的连通方式体现了换向阀的 控制机能，称之为滑阀的中 位机能。
能要好，压力阀阀芯工作的稳定性要好。 • 所控制的参数（压力或流量）要稳定，受外干扰时变化
电液速度控制系统建模与仿真--资料
引言液压伺服系统是以液体压力能为动力的机械量（位移、速度和力）自动控制系统按系统。
控机械量的不同，它又可以分为电液位置伺服系统、电液速度伺服控制系统和电液力控制系统三种。
电液控制系统的基本元件包括电磁阀、电液开关控制阀、光电耦合器、功率放大器、电—机械转换器、普通电液伺服阀(频宽数十赫)、高频电液伺服阀(国内产品 400 赫)、电液比例流量阀、电液比例压力阀、电液比例方向阀、电液复合阀、电液比例泵、电液通断控制阀、电液数字阀、电液数字缸、电液数字泵等。
它们广泛用于机床工业、冶金工业、船舶工业、煤炭工业和工程机械等的控制系统中。
本文要研究的是电液速度控制系统及其仿真分析，是对电液速度控制系统的各个环节进行了数学模型的建立，并应用Matlab/Simulink对电液速度控制系统进行了仿真分析,通过幅频特性和相频特性的变化得到数学模型中各个部分对整个控制系统的影响。
1 绪论液压控制是液压技术领域的重要分支。
近20年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率—重量比和大功率液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。
特别是控制理论在液压系统中的应用、计算及电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在元件和系统方面、理论与应用方面都日趋完善和成熟，并形成一门学科。
目前液压技术已经在许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门及飞机、船舶部门等。
我国于50年代开始液压伺服元件和系统的研究工作，现已生产几种系列电液伺服产品，液压控制系统的研究工作也取得很大进展。
1.1电液控制技术的发展及趋势液压技术的发展与流体力学理论研究相互关联。
自1650年帕斯卡提出静态液体中的压力传播规律--帕斯卡原理以来，1686年牛顿揭示了粘性液体的内摩擦定律，18世纪建立了流体力学的连续性方程。
这些理论的建立为液压技术的发展奠定了理论基础。
从1795年，英国人首先制造出世界上第一台水压机起，液压传动开始进入工程领域。
电液控制技术应用(论文)
电液控制技术应用（技术论文）中国冷库2012-2-27目录前言 (3)1.电液控制概述 (3)1.1 电液控制技术概述 (3)1.2电液比例控制技术概述 (4)1.3 电液伺服技术概述 (5)2.电液控制工程应用实例的介绍 (6)2.1汽车起重机的用途介绍 (6)2.2汽车起重机伸缩回路系统的类别 (6)2.3汽车起重机伸缩回路系统的结构 (6)2.4汽车起重机伸缩回路系统的工作过程 (6)2.5汽车起重机伸缩回路系统的性能特点 (7)3.电液控制技术与机电一体化技术的关系 (7)参考文献 (7)【摘要】电液控制技术广泛应用于现代工业中, 是工业发展水平的重要标志。
本文就电液技术发展历程、电液控制的技术特点、电液技术的应用范围等进行探讨。
并以ZY50型汽车起重机伸缩回路系统为例，介绍了ZY50型汽车起重机的用途以及电液控制技术在此机械系统中的应用，其与所学机械电子工程专业之间紧密结合的认识，并针对电液控制工程技术提出自己的看法很感想。
【关键词】电液比例技术机电一体化汽车起重机应用前言从上世纪六七十年代以来，电液控制技术已广泛应用于现代工业中, 是工业发展水平的重要标志。
现今，电液控制技术已经成为工业机械、工程建设机械及国防极端产品不可或缺的重要手段。
以挖掘机、推土机、振动压路机等为代表的工程机械对国家基础设施建设起到了至关重要的作用，而火炮控制系统、导弹运输车中的电液控制技术则推动了我国国防实力的提升。
电液控制技术在机床加工、交通运输、汽车工业等部门也有非常广阔的应用。
他对我国国民经济的推动作用不可估量。
就所学机械电子工程专业来讲，电液控制技术与其密不可分。
电液控制技术的调控精密度对于机械控制有着重要的意义。
在电子计算机大行其道的今天，将电控、液压与机械紧密结合在一起，才是机械电子工程的发展新方向。
1.电液控制概述1.1 电液控制技术概述电液控制技术发展历程。
液压技术早在公元前 240 年的古埃及就已经出现。
11.液压位置控制系统
位置环的开环传递函数为：
Y Ep
s(sh2'2
KV'
2 '
h
h'
s 1)
KV'
Ki K f Ka KV A(1 Bc Ka KV K fp
/ A2 )
２、优缺点
优点：阻尼比明显提高，最的阻尼
比由 v 及 h 之间的差距决定。
缺点：开环、闭环刚度下降，干扰 力引起的误差增加。
此外电液位置系统的校正方式还有 动压反馈、组合压力反馈等。
易产生极限环；振荡。所以，应尽量
增大相位裕量，使 () 90o ；
（３）系统对参数的变化比较敏感， 开环增益变化均影响系统的稳定性。
二、加速度和速度负反馈校正 １、作用：提高阻尼比
用加速度计测取加速度信号， 反馈到伺服阀的输入端。
由上图知加速度负反馈回路闭环 传递函数为：
Y E
s(
s2
h2
K0
精度，需提高开环增益 KV ，两者都要受 h 的
限制（ KV 、 c上升，则 h 下降。
由于h 与Ａ成正比，应选择较大的Ａ，外
干扰产生的误差与 Kce /(KV A2 ) 成正比，也要求较
大的Ａ，但大尺寸要求较大的伺服阀，使系统功
率加大，效率降低 （ pL大，流量增益减小，要求
Ａ大）。 b、满足驱动负载的要求
液压位置伺服系统应选择具有高的压力增益 和恒定流量增益的流量伺服阀，选择足够尺寸的 液压执行机构。
第四节 系统的校正
为了设计高性能的位置系统，常采用校正 的方法来做到。
一、滞后校正
１、作用：抬高低频段的增益，降低系统的稳态 误差。
校正环节的传递函数为：
Wc (s)
控制工程-234页PPT
可加性： f(x 1 x 2 ) f(x 1 ) f(x 2 )
齐次性： f(x)f(x)
或： f(x 1 x 2 ) f( x 1 ) f( x 2 )
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第二章 数学模型
非线性系统
用非线性微分方程描述的系统。非线性系统不 满足叠加原理。
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第二章 数学模型
实例：液位系统的线性化
Ad dH t(t)H(t)qi(t) 节流阀
解：稳态时：
qi(t)
qi0qo0, H0qi0
H(t)
节流阀
非线性项 H (t) 的泰勒展开为：
液位系统 qo(t)
H H 0 d dH H H 0(H H 0) 2 1 !d d 2 H 2H H 0(H H 0)2
数学模型应能反映系统内在的本质特征，同时
应对模型的简洁性和精确性进行折衷考虑。
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第二章 数学模型
对控制系统的哪些部分建模
被控对象
干扰/破坏
执行器 传感器
目标任务
控制器
干扰
干扰/破坏
执行器
建模的三个要素
建立数学模型 获取参数 验证模型
传感(感知)
干扰/破坏
干扰/破坏
fC
(t)
C
d dt
xo
(t)
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第二章 数学模型
m d d2 2txo(t)C d dxto(t)Ko(tx )fi(t)
式中，m、C、K通常均为常数，故机械平移系 统可以由二阶常系数微分方程描述。
显然，微分方程的系数取决于系统的结构参数， 而阶次等于系统中独立储能元件（惯性质量、 弹簧）的数量。
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，xvm为阀芯最大位移，qL
qL q0m
q0m Cd Wxv
1
(
ps
xv xv
pL ),阀芯最大位移的空载流量
无因次压力-流量曲线
阀口匹配且对称，所以 曲线对称于原点
pL/ps
2 理想零开口四边滑阀的阀系数
由（3－66）得
流量增益：Kq qL CdW
这是压力-流量方程以增量形式表示的线性化表达式
定义阀的三个系数：
流量增益定义为Kq qL ,是流量特性曲线某一点的 xV
切线的斜率，——负载流量控制的灵敏度
流量－压力系数Kc qL ,是流量－压力特性曲线 pL
切线冠以负号，Kc越小，刚度越大，抵抗负载变化的能力大
qL
压力增益Kp pL , Kp xV
2 压力特性曲线 阀的压力特性是指负载流量等于常数时，负 载压降与阀芯位移之间的关系。
通常所指的压力特性 是指负载流量等于0时 的压力特性。
3 压力-流Biblioteka 特性曲线指阀芯位移一定时，负 载流量与负载压降之间 的关系。
阀在最大位移下的压力 -流量特性曲线可以表 示阀的工作能力和规格， 当负载所需要的压力和 流量能够被该压力-流 量特性曲线所包围时， 阀就能满足负载的要求。
各桥臂的流量为 q1=g1 p1 q2 =g2 p2 q3 =g3 p3 q4 =g4 p4
这里gi CdAi 2 ,
gi称为节流口的液导,Cd为阀节流口流量系数，
为液体密度，i为节流口开口面积，
gi随i变化，是阀芯位移xv的函数, 其变化规律取决于节流口的几何形状
大多数情况下，阀口是匹配的和对称的，即
p2 = p4
通过桥路斜对角线上的两个桥臂的压降也是相等的
将 p1 p3代入p2 +p3 =ps
得p1 +p2 =ps
与p1-p2 =pL联立解得
p1 =
ps +pL 2
p2 =
ps -pL 2
当空载时，
p1=p2 =
ps 2
负载流量
qL CdA2
1 (ps - pL) - CdA1
1 (ps + pL)
理想滑阀是指径向间隙为零、工作边锐利的滑阀 理想零开口四边滑阀是匹配且对称的
由于是理想零开口阀，当阀处于阀套的中间位置时， 四个控制节流口全部关闭
当阀芯左移xv时，xv 0，此时A1 A3 0 g1 g3 0,由（3－52）和（3－53）可得
qL g2
ps - pL 2
Cd A2
1
假设：
1）供油压力ps为常数，回油压力p0=0 2）忽略管道和阀腔内的压力损失。 3）假定液体是不可压缩的。 4）假定阀各节流口的流量系数相等
根据桥路的压力平衡可得
p1+p4 ps p2 +p3 ps p1 p2 pL p3 p4 pL
根据桥路的流量平衡可得
q1+q2 qs q3 +q4 qs q4 q1 qL q2 q3 qL
K（ q 因为 pL
Kc
xV
xV
qL )
pL
qL KqxV KcpL, 三系数在确定系统的稳定性、响 应特性和稳态误差时非常重要。流量增益Kq直接影响 系统开环增益，因而对系统的稳定性、响应特性、稳 态误差有直接的影响；流量－压力系数Kc直接影响阀 控执行元件的阻尼比与速度刚度；压力增益Kp表示阀控 执行元件组合起动负载的能力。 最重要的工作点：原点（阀的性能参数Kq0, Kc0, Kp0）
2.2 滑阀静态特性的一般分析
滑阀的静态特性即压力－流量特性，是指稳态 情况下，阀的负载流量qL、负载压力pL和滑阀
芯位移xv三者之间的关系： qL f ( pL, xV )
它表示滑阀的工作能力和性能，对液压伺服系统 的静、动态特性计算具有重要意义
一、压力－流量方程的一般表达式
四边滑阀及其等效的液压桥路如下图 图中p为油液压力，q为油液流量，其中 ps为供油压力, p0 0, pL为负载压降， pi(1, 2,3, 4)为通过每一阀肩的压降 qs为供油流量，qL为负载流量，qi(1, 2,3, 4)为 通过每一阀肩的流量
pL/ps
三、阀的线性化分析与阀的系数
qL f (xV, pL)在某一特定的工作点qLA f (xVA, pLA)
附近展开成台劳级数qL qLA qL xV qL pL
xV A
pL A
如果把工作点定在A附近，则高阶无穷小可以忽略
qL qLA qL xV qL pL
xV A
pL A
g1 g2
(xv (xv
)= )=
g3(xv g4 (xv
) )
表示阀口是匹配的
g2 g4
(xv (xv
)= )=
g1(-xv g3(-xv
) )
表示阀口是对称的
对于匹配且对称的阀，
通过桥路斜对角线上的
两个桥臂的流量是相等的
即 q1 = q3 q2 = q4
代入gi = CdAi
2，可得 ρ
p1 = p3
(
ps
-
pL
)
(3-62)
当阀芯右移xv时，xv 0，此时A2 A4 0 g2 g4 0,由（3－52）和（3－53）可得
qL g1
ps pL 2
Cd A1
1
(
ps
pL
)
(3-63)
因为阀是匹配对称的，则A（2 xv） A（4 －xv），上二式合并为
qL
Cd
| A2 |
xv xv
因为反馈控制系统经常工作在原点附近。
qL =pL xv 0
原点处流量增益最大，开环增益也最高，但流量 -压力系数最小，所以系统阻尼比也最低。
因此压力-流量特性的原点对于系统稳定性是最 关键的一点。
一个系统能稳定工作在这一点，则也能稳定工作 在其他点。
2.3 零开口四边滑阀的静态特性
一 理想零开口四边滑阀的静态特性
1
(
ps
xv xv
pL )
(2-36)
匹配且对称节流阀口的理想零开口四边滑阀的压力- 流量特性方程
若节流阀口为矩形，其面积梯度为W，代入上式得
qL Cd Wxv
1
(
ps
xv xv
pL )
(3-66)
为了使其具有通用性，将它化成无因次形式
qL xv
1 xv xv
pL
(3-67)
xv＝
xv xvm
ρ
ρ
供油流量：
1
1
qs CdA2 (ps - pL) + CdA1 (ps + pL)
ρ
ρ
二、滑阀的静态特性曲线
滑阀的静态特性可以用静态特性曲线表达
阀的流量特性是指负载压降pL
等于常数时，负载流量与阀芯 之间的关系。
负载压降pL=0时的流量特性称
为空载流量特性，相应的曲线 称为空载流量特性曲线。