机电液控制技术学习报告

2014

机电液控制技术学习报告

授课教师：***

谢雅旭1143021197 机制14班

四川大学 | 制造科学与工程学院

一、机电液控制技术的发展历史概述

通过阅读教材和在知网上查阅相关的综述文章，我了解到，液压控制与传动技术的应用有着很长历史，甚至可以追溯到古代埃及时代的水钟，十九世纪初，随着油作为工作介质和通过电力驱动的控制阀的产生，机电液控制技术取得了重大的进展。第二次世界大战期间及战后,由于军事需求的刺激，机电液控制技术的发展加快，出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等液压元件。随后，电液伺服阀控制技术在航空航天上得到了广泛的应用，例如雷达驱动、导弹的飞行控制、飞机飞行控制系统稳定性的增强等。

在非军事工业上，机电液控制主要是应用于机床工业，例如仿形机床和早期数控机床；其次是工程机械，例如自动化采煤中广泛应用的液压支架。在之后的几十年中,电液控制技术的应用范围又进一步扩展到了工业机器人控制、塑料加工、地质探测、可移动设备的自动化等领域。60、70年代以来，比例阀以及电液比例控制技术的发明、基于集成电路的控制器件在电液控制系统中的应用使得机电液控制技术得到了更大的发展。

二、现代机电液控制系统中的核心技术

机电液控制技术取得的发展，并不只得益于液压元件制造技术的提高，而是控制理论、微电子技术、计算机技术等多方面技术综合应用于机电液控制的缘故。

谈到控制理论，由于机电液系统的本质是非线性和不确定的，同时市场对机电液控制系统的性能要求也越来越高，传统的PID控制已不能很好的满足快速性和稳定性的双重要求。现代控制技术的应用，例如：将执行器件的速度和加速度进行反馈的状态反馈控制；自动识别时变系统参数并相应地改变控制作用的自适应控制；能够变更控制器结构的变结构控制；不依赖于建立精确数学模型的模糊逻辑控制；以及模仿人类感官细胞和神经细胞工作的神经网络控制，在各方面改善或解决了传统控制理论难以解决的问题。

此外，计算机在液压系统中的应用使得系统的结构变得简单，省去了一些控制器件；同时也提高了信息处理的灵活性，并使得一些先进的控制理论得以实现，

下文谈及的数字液压元件就是计算机技术和微电子技术在电液控制中的结合应用的产物。计算机技术的在液压系统的实际控制中的应用主要有以下五个方面:(1)闭合回路 (2)环路前处理 (3)外围处理 (4)自适应控制 (5)多余度控制。

当然计算机仿真技术也广泛的应用于机电液控制系统的设计中，在知网上检

《基于AMESim-索“液压+Simulink或AMES im”，可以找到大量的相关文章，例如：

simulink的液压混合动力轿车再生制动系统研究》《基于Matlab/Simulink的钢坯剪断机液压模拟载荷装置的设计和仿真》《盾构推进液压阀组AMESim仿真》等数千篇相关文献。大致浏览不难看出，这些文章中谈到的问题，大多都是“1.提出问题；2.建立数学模型；3.进行仿真分析；4.通过仿真结果对问题提出解决办法；”的一个流程。当然也有一些文章并没有对问题给出实际的解决方案，只是进行了建模和根据仿真模型的分析，我认为这离在真实的物理系统中验证分析的结果和解决实际问题还有很大差距。

而随着微电子技术的发展，通过把电子控制装置与液压阀、缸、泵相结合，并进行集成化处理,形成了数字阀、数字缸、数字泵等数字元件,这些元件一般由步进电机作为数模转换元件,直接与计算机相连,利用计算机输出的脉冲宽度和频率来控制系统的压力和流量。其性能由软件控制,因而只需改变控制程序即可改变控制方案，实现了类似CNC代替NC的以软带硬的跨越，其控制精度还可以通过微处理器进行数字化补偿。数字化元件抗污染性能良好,极大地提高了元件的工作可靠性。例如，传统的射流管和挡板阀,节流口处的间隙为0.127~0.254mm 而数字电磁阀具有较大的节流间隙,一般为0.508~2.286mm，因此对液压油的清洁度要求相对较低，维护起来也比较方便。

三、国内在电液元件制造领域的发展现状

由于自己所学习过的控制理论还比较粗浅，也没使用过AMESim等仿真软件，所以在浏览此类别的文章时，面对复杂的数学算式和术语，能看懂的部分很少。因而仅就自己了解到的比较易懂的电液控制元件的制造技术，结合阅读的两篇此类文章，做一些叙述。

在粗略地阅读了文献《可编程电液比例

系统控制器的研制》（作者：程晓亮）之后，

我初步了解到；在面向多执行器的电液比例

控制系统中，广泛地使用一种叫做电液比例

通用控制器的元件，即可编程电液比例控制

器，这种控制器在使用中可以根据不同的需

求定制控制系统的结构和算法，而开发人员又不需要掌握复杂的嵌入式系统知识，更适合于液压工程师使用，又便于实现系统的集成化，且具有较高的可靠性和较低的成本。

目前国外的企业（例如，Bosch-Rexroth、EPEC、Eaton等公司）在这一领域已有成系列的产品，但由于知识产权及技术保密等缘故,这些厂家几乎没有公开发表过关于电液比例系统控制器方面的学术资料,最新的研究成果一般只出现在他们的实际产品中。而国内虽然有三一重工集团和浙江大学等企业和科研单位进行了这方面的开发研究，但离实际应用还有较远的路需要走。

可编程电液比例系统控制器的研制，既有硬件上的工作也有软件上的，在硬件上要进行各种模块的电路和传感器设计，在软件上则要解决：交叉编译的实现,项目管理工具的开发,串口下载的实现,电液比例控制系统专用函数库等程序的编写等工作。其重点在于集成开发环境的构建上。这些工作的完成大多是基于微机原理和检测技术的知识，但然是围绕着如何控制和检测液压系统的运行而进行的。也再次体现了目前工程领域各学科技术之间相互交融，相互渗透的趋势，也提醒我要想做一名合格的机械工程师，必须具备多学科的扎实基础和综合运用各类别知识的能力。

另一篇文献《射流管电液伺服阀的研制应用及发展趋势》（作者：方群）中，则谈到了机电液控制课程上我们学习过的射流管。射流管相比于喷嘴挡板具有如下的优良特性：(1)抗污染能力强(2)具有失效对中性,不会发生满舵故障；(3)可靠性好、使用寿命长；(4)力效率及容积效率高,低压性能及分辨率较高,且输出滑阀控制力大,进一步提高了抗污染能力。