比例阀控制系统传递函数Word版
比例阀控制系统传递函数
0 引言最近10年来发展起来的电液比例控制技术新成员——伺服比例阀，实际上是电液比例技术与电液伺服阀的进一步的“取长补短”式的融合。
伺服比例阀(闭环比例阀)装放大器，具有伺服阀的各种特性：零遮盖、高精度、高频响，但其对油液的清洁度要求比伺服阀低，具有更高的工作可靠性。
电液伺服控制系统多数具有良好的控制性能，并具有一定的鲁棒性，有广泛的应用。
电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。
电液伺服系统由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂，因此，电液伺服控制系统的仿真受到越来越多的重视。
电液技术的不断发展和人们对电液系统性能要求的不断提高，了解电液伺服系统过程中的动态性能和部各参变量随时间的变化规律，已成为电液伺服系统设计和研究人员的首要任务在系统工作过程中，主要液压元件的动态响应、系统各部分的压力变化，执行元件的位移和速度等，都是人们非常关心的。
本文以电液伺服比例阀控液压缸为例，针对Matlab/Simulink 在电液伺服控制系统仿真分析中的局限性，采用AMESim 和Matlab/Simulink 联合仿真模型，取得了良好的效果。
1 系统组成及原理电液伺服控制系统根据被控物理量（即输出量）分为电液位置伺服系统，电液速度伺服系统，电液力伺服系统三类。
本文主要介绍电液位置伺服系统的仿真研究。
其中四通阀伺服比例阀控液压缸的原理如图所示。
图1 阀控缸－负载原理图系统组成图电液位置伺服控制系统是最为常见的液压控制系统，实际的伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件组成的。
控制系统结构框图见图2所示。
图2 电液伺服控制系统的结构框图2 液压系统数学模型建立活塞杆径（直）d＝45cm，活塞的行程H＝40cm，油缸外径＝80mm，查手册知径D＝63mm，从伺服阀到油缸的长度＝1-2m，管径＝22mm，壁厚＝4mm，供油压力Ps恒定为7MPa，MOOGD-633伺服比例阀，d＝7.9mm 阀额定电流为10mA质量块（负载）＝250 Kg液压缸有效工作面积。
比例阀的小信号建模与控制策略研究
比例阀的小信号建模与控制策略研究引言：比例阀是一种常用的控制元件，广泛应用于工业领域中的流体控制系统中。
准确地建立比例阀的小信号模型，并研究相应的控制策略，对于提高流体控制系统的稳定性和精确性具有重要意义。
本文将介绍比例阀的小信号建模方法、几种常用的控制策略，并对其效果进行评估。
一、比例阀的小信号建模方法比例阀的小信号建模是指在较小的输入变化范围内，将比例阀的输入与输出之间的关系进行线性化处理。
常用的建模方法有传递函数法和状态空间法。
1. 传递函数法传递函数法是比例阀建模中常用的方法之一。
首先，搜集比例阀的输入-输出数据，然后通过系统辨识方法，例如最小二乘法，拟合出比例阀的传递函数表达式。
具体步骤如下：（1）收集输入信号和输出信号的数据；（2）根据数据建立输入-输出的转移函数；（3）对转移函数进行参数拟合，得到比例阀的传递函数。
2. 状态空间法状态空间法是另一种常用的比例阀小信号建模方法。
将比例阀系统表示为一组状态方程，然后通过系统辨识方法，如最小二乘法，确定状态空间模型的参数。
具体步骤如下：（1）确定比例阀的状态变量和输入变量；（2）建立状态方程描述比例阀系统的动态行为；（3）利用系统辨识方法对状态方程的参数进行估计。
二、比例阀的控制策略在建立了比例阀的小信号模型之后，可以设计相应的控制策略来优化系统的性能。
以下将介绍几种常用的比例阀控制策略。
1. 比例控制比例控制是最简单的一种控制策略，它通过调节比例阀的开度与输入信号成正比关系来控制输出。
比例控制的优点是简单易实现，但是在某些情况下会出现超调和稳定性差的问题。
2. 比例积分控制比例积分控制是在比例控制的基础上加入积分项，通过积分作用来消除偏差。
比例积分控制可以提高系统的稳定性和精确性，但是会增加系统的响应时间。
3. 比例微分控制比例微分控制是在比例控制的基础上加入微分项，通过微分作用来增加系统对输入变化的敏感性。
比例微分控制可以提高系统的快速响应能力，但是会增加系统的抖动。
(完整版)比例阀
一、比例阀及元器件技术 二、利用压力补偿器实现负载压力补偿 三、比例阀的用电控制器 四、比例阀开环控制系统的设计准则 五、伺服阀及其元器件技术 六、闭环系统的控制 七、伺服阀动态特性对控制回路的影响 八、液压系统的油液过滤 九、液压系统常见故障的诊断方法 十、液压件常见故障及处理 十一、比例阀和伺服阀在实际中应用的案例分享 十二、变量叶片泵和柱塞泵
2）调整环节的任务 抑制干扰量 调整指令参量 3.基本传递环节汇总
4.闭环控制原理
5.实现闭环控制的设备构成 伺服放大器 通用插板 带斜坡发生器的插板 信号限制放大器 6.实际值的测量 数字式、模拟式或增量式、绝对式
第七章 伺服阀动态特性对控制回路的影响 1.闭环控制回路
2.Kv（回路增益）的最大允许值 3.固有频率的特性 4.测量系统的选择
安全。
10.质量应纯净，尽量减少机械杂质、水分和灰尘等的含量。
6.2液压油的分类 6.2.1矿物基液压油 6.2.2植物基液压油 6.2.3合成液压油 6.2.4防火液压油 6.3液压油的黏度和密度 6.4材料的相容性 6.5可过滤能力 6.6固态污染颗粒 6.7系统污染的测量
7.滤油器的设计计算
第一章 比例阀及元器件技术
比例电磁铁 比例方向阀 比例压力阀 比例流量阀 比例阀的安装、调试和维护
比例阀技术入门
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,而且实现控制所需的液压元件较少,从而减少投资 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。
7.1滤油器在液压系统中的作用 7.2液压系统中滤油器的布置位置
7.3滤油器的设计准则 7.4滤油器过滤精度的确定 7.5油液对滤油器设计的影响 7.6滤油器尺寸的确定
第六章电液比例阀及比例控制回路(2015)详解
6.1 概述
本
章
6.2 电液比例阀
介
6.3 电液比例控制基本回路
绍
6.4 电液比例控制工业应用
6.1 概述
从广义讲，凡是输出量，如压力、流量、位移、速度、加速 度等，能随输入信号连续地按比例地变化的控制系统，都称 为比例控制系统。从这个意义上说，伺服控制也是一种比例 控制。电液比例控制可以分为开环控制和闭环控制。
电梯举例 – 开关系统
当电磁换向阀通电使电梯下降时，阀芯运动很快，这表明液压缸活塞很快加速到其最 大速度（最大速度通过设定流量控制阀F来确定）。电梯的这种突然启动会使乘客感 到非常不舒服。
F
电梯举例 – 开关系统
同样，当电梯到达目的地时，因电磁换向阀的很快关闭，也会使电梯突然停止，从而 再次使乘客感到不舒服。在实际液压系统中，由执行元件的突然启停而产生的冲击还 会造成压力尖峰，这也是容易引起系统泄漏的情况之一。
1.传统的液压控制方式是开关型控制。它通过电磁驱动或手动驱动来 实现液压流体的通、断和方向控制，从而实现被控对象的机械化和自 动化。但是这种方式无法实现对液流流量、压力连续地按比例地控制 ，同时控制的速度比较低、精度差、换向时冲击比较大。
2.当需要高性能的速度或位置控制时，以前电液伺服阀曾经是唯一实 用的解决办法。电液伺服阀是一种高技术条件的方向和流量控制阀， 不可避免地带来成本高、不耐污染、维修不便等问题。在并不需要伺 服阀的全部性能潜力的应用场合，这些问题可能成为主要的缺点。
图6-6 行程控制型比例电磁铁原理图
(2) 比例电磁铁的分类与应用
位置控制型比例电磁铁
比例电磁铁衔铁的位置通过位移传感器检测，与比例放大器一起构成位 置反馈系统，就形成了位置调节型比例电磁铁。只要电磁铁运行在允许的 工作区域内，其衔铁就保持与输入电信号相对应的位置不变，而与所受反 力无关，这类位置调节型比例电磁铁多用于控制精度要求较高的各类比例 阀上。
比例阀 原理
比例阀原理
比例阀是一种常见的流量控制装置，其原理基于流体流过阀门时的压力差异来调节流速。
比例阀通常由阀门本体和用于调节阀门开度的控制装置两部分组成。
在工作时，比例阀将流体从高压区域引入阀门，通过调节阀门开度来控制流量。
其控制装置通常是一个电磁铁阀，由电信号控制阀门开度。
当电信号强度发生变化时，控制装置会调整阀门的开度，从而改变流量。
比例阀的原理是根据流体静态压力的改变来实现流量调节。
当电信号作用于阀门时，电磁铁阀会对阀门的开度进行微调。
当阀门开度增大时，流量增加，使静态压力下降；当阀门开度减小时，流量减小，使静态压力上升。
通过不断调节阀门的开度，使得静态压力维持在一个设定值，从而实现流量的调节和控制。
比例阀常用于工业生产中的流体系统控制，例如液压系统、气体调节系统等。
其优点是能够根据实际需求实现精确的流量控制，适用于对流量要求较高的场合。
同时，比例阀还具有快速响应、可靠性高等特点，因此在工业自动化领域有广泛应用。
比例阀基本原理图文共113页文档
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
比例阀基本原理图文
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
比例阀基本原理
集成化
为了简化流体控制系统的 结构，比例阀逐渐向集成 化方向发展，将多个功能 集成于一个阀体中。
比例阀在实际应用中的挑战
流体兼容性
不同流体对比例阀的材质和结构有不同的要求， 需要针对具体流体进行优化设计。
控制精度和稳定性
比例阀的控制精度和稳定性对流体控制效果有很 大影响，需要不断提高。
维护和保养
比例阀在使用过程中需要定期进行维护和保养， 以保证其正常工作。
比例阀的定义和重要性
比例阀是一种能够根据输入信号的大 小和方向，连续地控制流体流量和压 力的阀。
比例阀在控制系统中能够实现精确、 快速和稳定的控制，从而提高生产效 率和产品质量。
02
比例阀的工作原理
比例阀的结构和工作流程
比例阀的结构
比例阀由输入接口、控制电路、驱动电路和阀体等部分组成 。阀体内部通常包含一个或多个控制腔，以及一个或多个可 调节的节流口。
比例阀基本原理
• 引言 • 比例阀的工作原理 • 比例阀的分类和特点 • 比例阀的应用场景 • 比例阀的发展趋势和挑战
01
引言
目的和背景
01
比例阀在工业自动化领域中具有 广泛应用，如液压传动、气动控 制和工业过程控制等。
02
随着工业自动化水平的提高，比 例阀在实现精确控制和提高生产 效率方面发挥着越来越重要的作 用。
03
比例阀的分类和特点
按工作原理分类
电磁比例阀
利用电磁力作为驱动力，通过改变电 信号的大小来调节阀门的开度，实现 流量的控制。
气动比例阀
利用气体的压力差作为驱动力，通过 改变气信号的大小来调节阀门的开度， 实现流量的控制。
电动比例阀
利用电动机作为驱动力，通过改变电 信号的大小来调节阀门的开度，实现 流量的控制。
(完整word版)液压系统回路设计
1、液压系统回路设计1.1、 主干回路设计对于任何液压传动系统来说, 调速回路都是它的核心部分。
这种回路可以通过事先的调整或在工作过程中通过自动调整来改变元件的运行速度, 但它的主要功能却是在传递动力（功率）。
根据伯努力方程: 2d v p q C x ρ∆= （1-1）式中 q ——主滑阀流量d C ——阀流量系数v x ——阀芯流通面积p ∆——阀进出口压差ρ——流体密度其中 和 为常数, 只有 和 为变量。
液压缸活塞杆的速度:q v A= （1-2） 式中A 为活塞杆无杆腔或有杆腔的有效面积一般情况下, 两调平液压缸是完全一样的, 即可确定 和 所以要保证两缸同步, 只需使 , 由式（1-2）可知, 只要主滑阀流量一定, 则活塞杆的速度就能稳定。
又由式（1-1）分析可知, 如果 为一定值, 则主滑阀流量 与阀芯流通面积成正比即: ,所以要保证两缸同步, 则只需满足以下条件:, 且此处主滑阀选择三位四通的电液比例方向流量控制阀,如图1-1所示。
图1-1 三位四通的电液比例方向流量控制阀它是一种按输入的电信号连续地、按比例地对油液的流量或方向进行远距离控制的阀。
比例阀一般都具有压力补偿性能, 所以它输出的流量可以不受负载变化的影响。
与手动调节的普通液压阀相比, 它能提高系统的控制水平。
它和电液伺服阀的区别见表1-1。
表1-1 比例阀和电液伺服阀的比较项目 比例阀 伺服阀低, 所以它被广泛应用于要求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。
又因为在整个举身或收回过程中, 单缸负载变化范围变化比较大（0~50T）, 而且举身和收回时是匀速运动, 所以调平缸的功率为, 为变功率调平, 为达到节能效果, 选择变量泵。
综上所可得, 主干调速回路选用容积节流调速回路。
容积节流调速回路没有溢流损失, 效率高, 速度稳定性也比单纯容积调速回路好。
为保证值一定, 可采用负荷传感液压控制, 其控制原理图如图1-2所示。
比例阀控制器工作原理图解
比例阀控制器工作原理图解
比例阀控制器工作原理图解如下：
[插入比例阀控制器工作原理图]
图中标注的部分为比例阀控制器的主要组成部分，包括比例阀、传感器、控制电路和执行机构。
比例阀是控制液压流量的关键设备，它根据控制电路输入的信号调节阀门的开启程度，从而控制液压系统中液压流量的大小。
传感器是测量液压流量或其他液压参数的装置，它将测得的参数转化为电信号输入给控制电路。
控制电路是比例阀控制器的核心部分，它接收传感器的输入信号，并通过处理这些信号来产生比例阀的控制信号。
控制电路通常由微处理器或其他电子元件组成，可以根据系统要求进行编程或设置。
执行机构是比例阀控制器的输出部分，它根据控制电路的指令调节比例阀的开启程度。
执行机构通常由电磁阀或电机驱动的阀门组成，通过改变阀门的开闭来调节液压流量。
比例阀控制器工作原理图解不包含标题，只展示了比例阀控制器的各个组成部分，以及它们之间的关系和工作流程。
电子如何控制比例阀
电子如何控制比例阀
介绍
本文档旨在介绍电子控制比例阀的基本原理和工作方式。
比例阀的作用
比例阀是一种用于控制液压和气动系统中流体流量的装置。
它能够根据输入信号的大小来调节流体流量的开度，从而实现流量的精确控制。
电子控制比例阀的原理
电子控制比例阀利用电子技术将输入信号转换为比例阀的控制信号，从而实现对比例阀开度的精确调节。
电子控制比例阀通常由电子控制单元、执行机构和反馈传感器组成。
电子控制单元
电子控制单元是电子控制比例阀的核心部件，它接收用户输入的控制信号，并将其转换为比例阀的操作信号。
电子控制单元通常采用数字控制技术，能够快速、准确地处理输入信号，并根据设定参数对比例阀进行控制。
执行机构
执行机构是电子控制比例阀的执行部件，它根据电子控制单元
的输出信号来调节比例阀的开度。
执行机构通常由电动驱动器、阀
芯和阀座组成，能够快速、平稳地调节比例阀的开闭状态。
反馈传感器
反馈传感器用于监测比例阀的开度，并将实际开度信息反馈给
电子控制单元。
通过不断地与设定参数进行比较，电子控制单元可
以调节执行机构的输出信号，使比例阀的开度达到预期值。
总结
电子控制比例阀通过将电子技术与液压和气动系统相结合，实
现了对流体流量的精确控制。
电子控制单元、执行机构和反馈传感
器的协同作用，使得电子控制比例阀具有快速、准确和稳定的特点。
比例阀控制系统传递函数
0 引言最近10年来发展起来的电液比例控制技术新成员——伺服比例阀，实际上是电液比例技术与电液伺服阀的进一步的“取长补短”式的融合。
伺服比例阀(闭环比例阀)内装放大器，具有伺服阀的各种特性：零遮盖、高精度、高频响，但其对油液的清洁度要求比伺服阀低，具有更高的工作可靠性。
电液伺服控制系统多数具有良好的控制性能，并具有一定的鲁棒性，有广泛的应用。
电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。
电液伺服系统由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂，因此，电液伺服控制系统的仿真受到越来越多的重视。
电液技术的不断发展和人们对电液系统性能要求的不断提高，了解电液伺服系统过程中的动态性能和内部各参变量随时间的变化规律，已成为电液伺服系统设计和研究人员的首要任务在系统工作过程中，主要液压元件的动态响应、系统各部分的压力变化，执行元件的位移和速度等，都是人们非常关心的。
本文以电液伺服比例阀控液压缸为例，针对Matlab/Simulink 在电液伺服控制系统仿真分析中的局限性，采用AMESim 和Matlab/Simulink 联合仿真模型，取得了良好的效果。
1 系统组成及原理电液伺服控制系统根据被控物理量（即输出量）分为电液位置伺服系统，电液速度伺服系统，电液力伺服系统三类。
本文主要介绍电液位置伺服系统的仿真研究。
其中四通阀伺服比例阀控液压缸的原理如图所示。
图1 阀控缸－负载原理图系统组成图电液位置伺服控制系统是最为常见的液压控制系统，实际的伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件组成的。
控制系统结构框图见图2所示。
图2 电液伺服控制系统的结构框图2 液压系统数学模型建立活塞杆内径（直）d＝45cm，活塞的行程H＝40cm，油缸外径＝80mm，查手册知内径D＝63mm，从伺服阀到油缸的长度＝1-2m，管径＝22mm，壁厚＝4mm，供油压力Ps恒定为7MPa，MOOGD-633伺服比例阀，d＝7.9mm 阀额定电流为10mA质量块（负载）＝250 Kg液压缸有效工作面积。
比例阀的节流口方程
比例阀的节流口方程
比例阀的节流口方程是用来描述阀门开度和流量之间的关系的数学方程。
在液压系统中，比例阀被用于控制流体流量的大小，以实现压力、速度和位置的控制。
比例阀的节流口方程可以表示为：
Q = C * A * sqrt(ΔP)
其中，Q表示流量，C表示流量系数，A表示节流口的面积，ΔP表示节流口两侧的压力差。
节流口方程中的流量系数C是一个实验参数，可通过实际测试来确定。
它表示在给定条件下单位压力差对应的流量。
流量系数通常是根据阀门的设计和材料性质来确定的。
节流口方程中的节流口面积A是阀门开度的函数，它与阀门的开度成正比。
根据不同的阀门设计，可以采用不同的函数形式来表示开度和面积之间的关系。
节流口方程中的压力差ΔP是指节流口两侧的压力差异。
当节流口两侧的压力差增大时，流量也会相应增大。
通过使用比例阀的节流口方程，可以根据所需的流量和压力差来计算阀门的开度。
这有助于实现液压系统的精确控制，并满足特定的运动要求。
总之，比例阀的节流口方程是用来描述阀门开度和流量之间关系的数学方程，通过该方程可以实现液压系统的精确控制。
电液比例控制阀
第三章电液比例控制阀3.1 概述电液比例控制阀由于能与电子控制装置组合在一起，可以十分方便的对各种输入、输出信号进行运算和处理，实现复杂的控制功能。
同时它又具有抗污染、低成本以及响应较快的优点，在液压控制工程中获得越来越广泛的应用。
比例控制元件的种类繁多，性能各异，有多种不同的分类方法。
最常见的分类方法是按其控制功能来分类，可以分为比例压力控制阀、比例流量控制阀、比例方向阀和比例复合阀。
前两者为单参数控制阀，后两者为多参数控制阀。
按压力放大级的级数来分，又可以分为直动式和先导式。
直动式是由电—机械转换元件直接推动液压功率级，由于转换元件的限制，它的控制流量都在15L/min以下。
先导控制式比例阀由一直动式比例阀与能输出较大功率的主阀级构成，流量可达到500L/min，插装式更可以达到1600L/min。
按比例控制阀的内含的级间反馈参数或反馈物理量的形式可以分为带反馈或不带反馈型。
反馈型又可以分为流量反馈、位移反馈和力反馈。
比例阀按其主阀芯的型式来分，又可以分为滑阀式和插装式。
图3-1 闭环的电液比例控制系统及比例阀框图上图所示框图为一个闭环比例系统框图，红色方框内为电液比例阀的组成部分。
从图中可以看出比例阀在系统中所处的地位以及与电控器、液压执行其之间的关系。
从电液比例阀的原理框图中可以看出，它主要有以下几部分组成：1）电—机械转换元件；2）液压先导级；3）液压功率放大级；4）检测反馈元件。
3.2比例压力控制阀比例压力控制阀应用最多的有比例溢流阀和比例减压阀，有直动型和先导两种。
3.2.1 直动型比例溢流阀直动型比例溢流阀结构及工作原理如图3-2所示。
它是双弹簧结构的直动型溢流阀，与手调式直动型溢流阀功能完全相同。
其主要区别是用比例电磁铁取代了手动的弹簧力调节组件。
图3-2 直动式比例溢流阀1.比例电磁铁；2.弹簧；3.阀芯；4.阀座；5.调零螺塞；6.阀体图3-3 带位置反馈的直动溢流阀1. 位移传感器；2. 传感器插头；3.放气螺钉；4.比例电磁铁；5.线圈插头；6. 弹簧座；7.调压弹簧；8.防振弹簧；9.锥阀芯；10.阀体；11.阀座；12.调节螺塞它包括力控制型比例电磁铁4以及由阀体10、阀座11、锥阀芯9、弹簧7等组成的液压阀本体。
比例阀图解
比例阀/气动继动器/气动放大器
比例阀，气动继动器本质上是气动放大器
比例阀原理
比如：在你设计的机器里有一个大气缸，当控制系统给出信号后，虽然电信号瞬
间就能传递到你这个大气缸的先导阀上，但由于这个气缸动作需要相当多的压缩空气，所以气缸本身就动作的很慢。
这样，因为气路的问题，系统的响应速度就达不到设计要求了。
所以，为了提高气路的响应速度，你就需要给这个大气缸配装一个“继动器”，它和一个气动薄膜器成套使用，可以给这个大气缸快速充气，这样，气缸动作就远比原来快了。
美国康气通（controlair）气动公司有丰富的经验生产比例阀，气动放大器，气动继电器，由于区域不同产生了较大的叫法区别，实际上都是同一个物品，比例阀的其他名称还包括：比例阀，空气体积增压器，高流量调节器比例阀，空气体积增压器，高流量调节器，气动继电器，气体继电器，中继器，空气继动器，流量放大器
康气通比例阀型号超级Mite71系列继动器能自动选定两路气压输入中的高压或低压信号，让选定的一路信号通过，另一路关闭。
信号选定瞬间完成，压差辨别率低至0.1psig。
虽然是高通或低通下令，它能轻易从一个范围转变到另一个。
当信号压力超过设定值下降或上升时，可依靠超级Mite 71可开启或关闭阀门，。
它们也可以用于防止阀门超过临界点的打开或关闭。
-比例阀
电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统设计姓名：王春雷学号：101201220班级：机械1002班专业：机械设计与制造及其自动化学院：机械工程学院目录第一章:设计任务和要求 (3)1.活塞式液压摆动马达的组成及工作原理 (3)2.设计并仿真分析电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统 (3)第二章:元器件选用 (4)1.液压油源 (4)2.电液比例方向阀 (4)3.比例放大器 (5)第三章:电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统数学模型 (6)1系统数学模型的建立 (6)1.比例放大器传递函数 (6)2.高性能电液比例方向阀传递函数 (6)3.阀控活塞式液压摆动马达动力传递函数 (7)1.电液比例阀的线性化流量方程 (7)2.活塞式液压摆动马达的流量连续性方程 (7)3.活塞式液压摆动马达轴上的力矩平衡方程 (8)4.阀控活塞式液压摆动马达动力机构传递函数 (8)4.位移传感器传递函数 (10)5.阀控马达系统传递函数 (10)1.惯性负载 (10)2.外负载力矩 (11)3.系统传递函数参数确定 (11)1.比例放大器增益Ka (11)2.电液比例阀稳态工作点流量增益Kq (11)3.电液比例阀压力-流量系数Kc (12)4.活塞式液压摆动马达参数 (13)5.其它参数 (13)3.4系统特性分析 (15)1.开环传递函数 (15)2.系统特性 (16)第四章:电液比例阀控马达速度控制系统PID控制 (18)1.PID控制器基本原理 (18)2.液压系统PID校正步骤 (20)1.传递函数转换 (20)2.计算滞后转折频率 (20)3.计算超前转折频率 (20)4.计算校正装置增益 (21)5.确定校正装置的传递函数 (21)6.确定校正后系统的传递函数 (21)4.2校正后的系统仿真 (21)第五章:调整后系统的稳态误差分析 (22)1.指令输入引起的稳态误差 (22)2.负载干扰力矩引起的稳态误差 (24)3.零漂和死区等引起的静态误差 (24)第六章:结论 (25)参考文献 (26)第一章:设计任务和要求1.活塞式液压摆动马达的组成及工作原理活塞式液压摆动马达是将直线运动转换为旋转摆动的液压—机械复合传动机构，其结构原理如图所示。
液压系统比例阀控制器
第六章液壓系統比例閥控制器6.1 前言比例控制閥主要用於開迴路控制(open loop control);比例控制閥的輸出量與輸入信號成比例關係，且比例控制閥內電磁線圈所產生的磁力大小與電流成正比。
在傳統型式的液壓控制閥中，只能對液壓進行定值控制，例如:壓力閥在某個設定壓力下作動，流量閥保持通過所設定的流量，方向閥對於液流方向通/斷的切換。
因此這些控制閥組成的系統功能都受到一些限制，隨著技術的進步，許多液壓系統要求流量和壓力能連續或按比例地隨控制閥輸入信號的改變而變化(圖6-1.1)。
液壓伺服系統雖能滿足其要求，而且精度很高，但對於大部分的工業來說，他們並不要求系統有如此高的品質，而希望在保證一定控制性能的條件下，同時價格低廉，工作可靠，維護簡單，所以比例控制閥就是在這種背景下發展起來的。
比例控制閥可分為壓力控制閥，流量控制及方向控制閥三類(如圖6-1.2所示)。
1.壓力控制閥:用比例電磁閥取代引導式溢流閥的手調裝置便成為引導式比例溢流閥，其輸出的液壓壓力由輸入信號連續或按比例控制。
2.流量控制閥:用比例電磁閥取代節流閥或調速閥的手調裝置而以輸入信號控制節流閥或調速閥之節流口開度，可連續或按比例地控制其輸出流量。
故節流口的開度便可由輸入信號的電壓大小決定。
3.方向控制閥:比例電磁閥取代方向閥的一般電磁閥構成直動式比例方向閥，其滑軸不但可以換位，而且換位的行程可以連續或按比例地變化，因而連通油口間的通油面積也可以連續或按比例地變化，所以比例方向控制閥不但能控制執行元件的運動方向外，還能控制其速度。
以上各種比例閥所作動的液壓元件為液壓缸或液壓馬達。
6.2 比例閥控制器內部方塊之意義與功能比例閥控制器內部包含各種電路模組，每一個模組有其特定功能及用途並以符號來代表，此處就每一個模組的功能及原理來說明之。
1.斜坡產生器(Ramp Generator)圖6-2.1為斜坡產生器之符號圖，斜坡產生器(Ramp Generator)主要是將瞬間的電壓變化量轉換成帶有時間延遲的電壓變化，也就是說當輸入電壓改變時，斜坡產生器會將原先的階梯式電壓變化量緩慢地改變到改變後之電壓，而在原先電壓與改變後電壓之間就會得到一隨時間上升或下降的斜坡(Ramp)，所以Ramp Generator斜坡產生的原理跟積分器作用的原理是一樣的。
比例阀的调整与原理
比例阀的调整与原理这要根据不同机种有不同方法。
比例流量、压力的调校1、比例阀与电子放大板比例流量阀和比例压力阀统称比例阀。
它有阀体和油挚线圈组成。
它的主要作用是通过油挚线圈受电的大小来控制阀的流量开放多少。
而油挚线圈受电和阀体流量开放程度是按一定比例线性关系而变化的。
当注塑机注塑预置叁数后，通过SPU中央处理器的处理和电子放大板的处理后，注塑机的注塑工作压力和流量就由比例阀控制。
具体可以用电箱旁的DPCA 和DSCA电流表来显示比例线性关系。
具体叁数如下。
当S=00时，比例流量DSCA电流电流表显示200Ma;当S=99时，比例流量阀在DSCA表上显示680Ma当P=00时，比例压力阀在CPCA表上显示0mA；当P=99时，比例压力阀在DPCA表上显示800Ma。
而相对的压力表在15~145kg/CM2范围内呈现性变化。
DSCA电流表上和DPCA 电流表上显示的电流叁数也就是比例流量、比例压力油挚阀线圈电压变化索取的。
它受控于电脑CPU中央处理器和电子放大板控制。
电子放大板输出电压控制比例流量、比例压力阀。
控制比例流量、比例压力阀的线圈吸合程度来控制油压和油流量。
2、比例阀与电脑CPU中央处理单元比例阀与电脑CPU中央处理单元是紧密相连，密切相连，共为一体，共同来完成注塑工作。
其运行过程应当为：叁数预置——>电脑处理——>电子放大板——>比例流量——>注塑各动作。
了解比例阀与电脑CPU中央处理单元的关系，对维修工作提供依据。
预置叁数使得数据进入电脑CPU中央处理单元，经过对叁数的运算和处理，将数据量通过D/A变换器转换成模拟量信号。
而该模拟量信号又经比例放大处理后，输出再通压力、流量最高控制和压力、流量最低限额控制4电位器进行控制调校，输出信号的幅值实际中应在0~3V范围内变化。
在维修过程中，一般调校好后才可以上机工作，不宜调节压力最高限额控制电位器，否则会改变工作点，给下一级控制带来困难。
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0 引言
最近10年来发展起来的电液比例控制技术新成员——伺服比例阀，实际上是电液比例技术与电液伺服阀的进一步的“取长补短”式的融合。
伺服比例阀(闭环比例阀)内装放大器，具有伺服阀的各种特性：零遮盖、高精度、高频响，但其对油液的清洁度要求比伺服阀低，具有更高的工作可靠性。
电液伺服控制系统多数具有良好的控制性能，并具有一定的鲁棒性，有广泛的应用。
电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。
电液伺服系统由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂，因此，电液伺服控制系统的仿真受到越来越多的重视。
电液技术的不断发展和人们对电液系统性能要求的不断提高，了解电液伺服系统过程中的动态性能和内部各参变量随时间的变化规律，已成为电液伺服系统设计和研究人员的首要任务在系统工作过程中，主要液压元件的动态响应、系统各部分的压力变化，执行元件的位移和速度等，都是人们非常关心的。
本文以电液伺服比例阀控液压缸为例，针对Matlab/Simulink 在电液伺服控制系统仿真分析中的局限性，采用AMESim 和Matlab/Simulink 联合仿真模型，取得了良好的效果。
1 系统组成及原理
电液伺服控制系统根据被控物理量（即输出量）分为电液位置伺服系统，电液速度伺服系统，电液力伺服系统三类。
本文主要介绍电液位置伺服系统的仿真研究。
其中四通阀伺服比例阀控液压缸的原理如图所示。
图1 阀控缸－负载原理图系统组成图
电液位置伺服控制系统是最为常见的液压控制系统，实际的伺服系统无论多么复杂，都是由一些基本元件组成的。
控制系统结构框图见图2所示。
图2 电液伺服控制系统的结构框图
2 液压系统数学模型建立
活塞杆内径（直）d＝45cm，活塞的行程H＝40cm，油缸外径＝80mm，查手册知内径D＝63mm，从伺服阀到油缸的长度＝1-2m，管径＝22mm，壁厚＝4mm，供油压力Ps恒定为7MPa，MOOGD-633伺服比例阀，d＝7.9mm 阀额定电流为10mA质量块（负载）＝250 Kg液压缸有效工作面积。
系统总压缩容积（液压缸和阀至液压缸两侧管路总容积）
因为位置系统动态分析经常在零位工作条件下，此时增量和变量相等，所以阀的线性化流量方程为
液压动力元件流量连续性方程为
Ctp为液压缸总泄漏系数。
液压缸的输出力与负载力的平衡方程为
式中Mt为活塞及负载总质量；BP为活塞及负载的黏性阻尼系数；K为负载弹簧刚度；FL为作用在活塞上的任意外负载力。
式（1）（2）（3）是阀控液压缸的三个基本方程，它们完全描述了阀控液压缸的动态特性。
对（1）（2）（3）式作拉式变换并消去中间变量得液压缸活塞的总输出位移为
式中：Kce—总压力—流量系数，Xv为阀芯位移。
由于负载特性为惯性负载（K＝0），Bp一般很小可简化为
对指令输入为v x 的传递函数为
则液压缸-负载的传递函数为：
，其中
总流量压力系数Kce＝Kc＋Ctp，液压缸总泄露系数Ctp较阀的流量－压力系数KC
小得多，所以ξh主要KC来决定。
零位压力-系数，其中rc－阀芯与阀套间隙的行向间隙w－阀面积梯度，μ－油液的动粘度，取
，对于全开口阀阀W＝πd 阀门。
而根据经验得知在位置伺服系统中，当伺服阀在零位区域工作时ξh＝0.1～0.2。
本论文取可得液压缸数学模型为：
伺服阀的传递函数为
根据D633伺服阀频率响应特性曲线图。
可知Wsv＝80 HZ额定流量40 nq＝L/min 的取阀压降为PLS＝2/3 PS时的流量增益为
所以伺服阀的传递函数为
确定系统的方框图：
3 基于Simulink的PID仿真
PID 控制器以其直观、实现简单等优点而得到广泛应用。
本文在Matlab 软件中的动态仿真工具Simulink 环境下采用PID 控制策略进行仿真。
图4 PID 控制系统原理框图
当取KP＝0.0002，KI＝0，KD＝0时，和当KP＝0.007，KI＝0.01，KD＝0.0005时，得到如图5、图6所示液压缸实际位移曲线。
图5 液压缸位移与期望值的关系（KP=0.0002，KI =0 KD=0）
图6 液压缸位移与期望值的关系（KP =0.007，KI =0.01 KD =0.0005）
比较图5、图6发现KP 增大值时，系统的响应灵敏度增大，动态跟踪误差也减小了，在有静差的情况下有利于减少静差。
但过大的比例系数会使系统有较大的超调，产生振荡，使稳定性破坏。
增大积分系数KI 有利于减少超调，减少振荡，使系统更加稳定，但过大的积分系数会使系统变得不稳定。
增大微分系数KD 有利于加快系统的响应，使超调量减少。
4 AMESim/Simulink联合仿真技术的优点
由于液压元件本身所包含的非线性，难以建立精确的数学模型。
所以本文采用AMESim与Matlab/Simulink 联合仿真平台对电液伺服系统中的机械液压部分和控制部分别进行建模，充分利用两套软件各自在液压系统建模仿真与数据处理能力方面的优势对电液伺服系统进行联合仿真分析。
Simulink 借助于MATLAB 强大的数值计算能力，能够在MATLAB 下建立系统框图和仿真环境，在各个工程领域发挥着巨大的作用，是当今主流的仿真软件。
但MATLAB 存在不能有效地处理代数环问题等缺点，使得Simulink 仿真效率往往不高。
利用AMESim 对Simuhnk 的接口技术，把两个优秀的专业仿真工具联合起来使用，就能既发挥AMESim 突出的流体机械的仿真效能，又能借助MATLABlsimulink 强大的数值处理能力，取长补短，取得更加完美的互补效果。
这种联合仿真的技术对多领域系统(如流体与控制结合系统等)的仿真效果更是无与伦比。
本文把位移作为输出量，在AMESim 中的界面菜单下的创建输出图标功能与Simulink中的S 函数实现连接。
具体实现过程是在AMESim 中经过系统编译、参数设置等生成供Simulink 使用的S 函数，在Simulink 环境中，将建好的包含其它Simulink 模块的AMESim模型当作一个普通的S 函数对待，添加入系统的Simulink 模型中。
从而实现AMESim 与Simulink 的联合建模与仿真。
根据物理模型，把系统分为机械系统和控制系两部分，机械系统模型由AMEsim 建立，控制系模型由Simulink 建立。
图7 联合仿真AMESim 环境下的液压系统模型
图8 Simulink 环境下的电液伺服系统模型
联合仿真PID控制取Kp＝1.5，KI＝0.001，KD＝0.002 系统输入一阶跃信号得到活塞杆的位移曲线，见图9。
图9 液压缸活塞实际输出位移与期望值曲线
联合仿真PID 控制取Kp＝17，KI＝0.3，KD＝0 系统输入一正弦信号得到活塞杆的位移曲线，见图10。
图10 液压缸活塞实际输出位移与期望值曲线
由图9，图10可以看出,活塞杆位移曲线与系统输入的阶跃信号曲线和正弦信号曲线非常接近，系统稳定仿真效果是非常不错的。
在液压缸的参数设置中,有这样1 个参数—死区体积(Dead Volume)。
死区的油量越大，油液的可压缩性就越明显，系统就越不稳定。
在默认情况下，该值为
50cm3；如果把死区体积改为20cm3，得到液压缸活塞杆实际输出位移与期望值。
见图11，图12。
图11 液压缸活塞实际输出位移与期望值曲线
（KP=2.8,KI=0.002,KD=0.002,DeadVolume=50cm3）
图12 液压缸活塞实际输出位移与期望值线（KP=2.8,KI=0.002,KD=0.002，Dead
Volume=20cm3）
分析曲线，图10、图11系统的振荡就明显变小。
在Simulink 中很难体现死区体积对整个系统的影响，与AMESim 相比这也是一个不足之处。
另外蓄能器在系统中作为泵的辅助能源，也是系统吸收振动的元件。
在没有蓄能器的情况与有蓄能器相比，系统更容易会出现振动，稳定性不够，所以在系统中安装蓄能器是非常有必要的，而在Simulink 中很难体现蓄能器对整个系统的影响。
5 结语
(1)建模过程与仿真结果表明,对系统建立正确的数学模型并进行分析仿真，分析系统的动态特性，可以有效的预见系统的输出，达到对系统工作状态的了解，提高了我们在设计和分析系统的效率。
为进一步控制系统，提高响应速度和控制精度奠定了一定的基础。
(2)从上面可以看出利用AMESmi 与Matlab/Simulink 各自优点的联合仿真技术开创了一条效果很好而又不很复杂的仿真新途径。
这种仿真技术更加准确的模拟了实际系统的工作状态，必将在工程领域（尤其在电液伺服控制领域）得到广泛应用。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。