对电液比例及伺服控制系统的综述
电液伺服阀和电液比例阀的概述
电液伺服阀和电液比例阀的概述摘要 介绍了电液伺服阀和电液比例阀的组成及功能特点，同时对两种阀进行了比较，得出两种阀的使用特点和使用场合。
关键词 电液伺服阀 电液比例阀 闭环控制 力矩马达 比例电磁铁 反馈装置1.前沿阀对流量的控制可以分为两种： 一种是开关控制：要么全开、要么全关，流量要么最大、要么最小，没有中间状态，如普通的电磁换向阀、电液换向阀。
另一种是连续控制：阀口可以根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小，这类阀有手动控制的，如节流阀，也有电控的，如比例阀、伺服阀。
所以使用比例阀或伺服阀的目的就是：以电控方式实现对流量的节流、压力控制。
2.电液伺服阀电液伺服阀是一种自动控制阀，它既是电液转换组件，又是功率放大组件，其功用是将小功率的模拟量电信号输入转换为随电信号大小和极性变化、且快速响应的大功率液压能[能量（或）和压力]输出，从而实现对液压执行器位移（或转速）、速度（或角速度）、加速度（或角加速度）和力（或转矩）的控制。
电液伺服阀通常由电气-机械转换器、液压放大器（先导阀和功率级主阀）和检测机构组成。
电液伺服阀的基本组成有前置级液压放大器的伺服阀，无论是射流放大器还是喷嘴挡板放大器，其产生阀芯驱动力都要比比例电磁铁大得多(高一个数量级)。
就这个意义上讲，伺服阀阀芯卡滞的几率比比例阀小。
特别是射流管伺服阀的射流放大器因为没有压力负反馈，前置级流量增益与压力增益都较高，推动阀芯的力更大，所以伺服阀有更高的分辨率和较小的滞环。
简单地说，所谓伺服系统就是带有负反馈的控制系统，而伺服阀就是带有负反馈的控制阀。
伺服阀的主阀一般来说和换向阀一样是滑阀结构，只不过阀芯的换向不是靠电磁铁来推动，而是靠前置级阀输出的液压力来推动，这一点和电液换向阀比较相似，只不过电液换向阀的前置级阀是电磁换向阀，而伺服阀的前置级阀是动态特性比较好的喷嘴挡板阀或射流管阀。
伺服阀的主阀是靠前置级阀的输出压力来控制的，而前置级阀的压力则来自于伺服阀的入口p，假如p口的压力不足，前置级阀就不能输出足够的压力来推动主阀芯动作。
液压伺服和电液比例控制技术
主讲 李垒
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• 液压伺服控制和电液比例控制技术是液压 传动学科的一个重要组成部分，近几年来 已发展称为相对独立的分支。
• 其控制精度和相应的快速性远远高于普通 的液压传动系统。
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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。
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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。
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• 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pp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
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• 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。
液压伺服、比例控制
液压伺服系统工作原理1.1 液压伺服系统工作原理液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。
电液伺服系统通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。
液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。
液压伺服系统的工作原理可由图1来说明。
图1所示为一个对管道流量进行连续控制的电液伺服系统。
在大口径流体管道1中，阀板2的转角θ变化会产生节流作用而起到调节流量qT的作用。
阀板转动由液压缸带动齿轮、齿条来实现。
这个系统的输入量是电位器5的给定值x i。
对应给定值x i，有一定的电压输给放大器7，放大器将电压信号转换为电流信号加到伺服阀的电磁线圈上，使阀芯相应地产生一定的开口量x v。
阀开口x v使液压油进入液压缸上腔，推动液压缸向下移动。
液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱。
液压缸的向下移动，使齿轮、齿条带动阀板产生偏转。
同时，液压缸活塞杆也带动电位器6的触点下移x p。
当x p所对应的电压与x i 所对应的电压相等时，两电压之差为零。
这时，放大器的输出电流亦为零，伺服阀关闭，液压缸带动的阀板停在相应的qT位置。
图1 管道流量（或静压力）的电液伺服系统1—流体管道；2—阀板；3—齿轮、齿条；4—液压缸；5—给定电位器；6—流量传感电位器；7—放大器；8—电液伺服阀在控制系统中，将被控制对象的输出信号回输到系统的输入端，并与给定值进行比较而形成偏差信号以产生对被控对象的控制作用，这种控制形式称之为反馈控制。
反馈信号与给定信号符号相反，即总是形成差值，这种反馈称之为负反馈。
用负反馈产生的偏差信号进行调节，是反馈控制的基本特征。
而对图1所示的实例中，电位器6就是反馈装置，偏差信号就是给定信号电压与反馈信号电压在放大器输入端产生的△u。
电液比例控制及电液伺服控制技术 绪论
液压传动（ 开关型控制）
液压
液
压
控制12比液伺压例服控控制制（闭开闭环环环控控控制制制）
3数字控制伺步服进电电机机控控制制（（
开环控制） 闭环控制）
二、电液比例技术的概念
• 电液比例技术是将电信号按比例转换为液压功
率输出的电液转换技术。 • 电液比例技术是电液伺服的基础上降低了控制特
伺服阀
伺服比例阀(20世纪 90年代中期出现)
比例阀(20世纪80年代初出现)
早期比例阀(20世纪60年代后期出现)
压力控制阀
流量控制阀
方向控制阀
液压控制系统的分类：
1、电液比例控制系统、电液伺服控制系统和 电液数字控制系统。
2、位置、速度、加速度、力和压力控制系统 3、闭环控制系统和开环控制系统 4、阀控制系统（主要是节流控制）和泵控制
电液伺服阀
• 因此，主阀芯的位移量就能精确地随著电 流的大小和方向而变化，从而控制通向液 压执行元件的流量和压力。
Moog公司电液伺服阀
电液伺服阀的应用
• 注意：电液伺服阀不分压力控制阀、方向 控制阀和流量控制阀。
三、两者的发展概况
• 目前，国内生产伺服阀的厂家主要有：航空 工业总公司第六O九研究所、航空工业总公 司第六一八研究所、航空工业总公司秦峰机 床厂、北京机床研究所、中国运载火箭技术 研究院第十八研究所、上海航天控制工程研 究所及中国船舶重工集团公司第七O四研究 所。
比例阀的国内发展概况
• 自2009年以来已获得较好的推广应用，完 成的 6通径、10通径、16通径、25通径高 频响伺服比例阀（含控制器）产品已有600 余套应用于高速铁路建设中，实现销售收 入4000余万元。
电液伺服控制系统概述
电液伺服控制系统概述摘要：电液伺服控制是液压领域的重要分支。
多年来，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，使这门技术不论在原件和系统方面、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。
关键词：电液伺服控制液压执行机构伺服系统又称随机系统或跟踪系统，是一种自动控制系统。
在这种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律动作。
液压伺服系统是以液压为动力的自动控制系统，由液压控制和执行机构所组成。
一、电液控制系统的发展历史液压控制技术的历史最早可以追溯到公元前240年,一位古埃及人发明的液压伺服机构——水钟。
而液压控制技术的快速发展则是在18世纪欧洲工业革命时期,在此期间,许多非常实用的发明涌现出来,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。
18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。
19世纪初液压技术取得了一些重大的进展,其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。
第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。
出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。
20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。
这些应用最初包括雷达驱动、制导平台驱动及导弹发射架控制等,后来又扩展到导弹的飞行控制、雷达天线的定位、飞机飞行控制系统的增强稳定性、雷达磁控管腔的动态调节以及飞行器的推力矢量控制等。
电液伺服驱动器也被用于空间运载火箭的导航和控制。
电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。
在早些时候,数控机床的工作台定位伺服装置中多采用电液系统(通常是液压伺服马达)来代替人工操作,其次是工程机械。
电液伺服与比例控制简介
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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，
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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
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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。
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电液比例技术在工程机械上的应用综述
Equipment Manufacturing Technology No.1，2013电液比例控制技术是近几年发展起来的机电传动控制的一门新技术，其使用方便，试用面广，抗干扰能力强，性价比高。
同时，在液压传动及控制技术的发展过程中，电液比例控制也是继电液伺服控制之后电液控制的又一大重要进展。
电液伺服技术首先用于航空，继而用于一些重要工业设备的自动控制，迄今己臻成熟，在国内的各行业得到广泛应用。
自６０年代末期开始，电液比例技术得到了迅速发展。
本文针对电液比例控制应用中电液比例阀的工作原理，对比例阀的负载感应和压力补偿原理进行了分析，特别是在工程机械的先导控制和遥控方面的应用进行了分析。
１电液比例控制系统概述１．１电液比例控制系统的构成一般来说，电液比例控制系统是由电子放大及校正单元、电液比例控制单元（比例阀，电液比例变量泵及液动机）、动力执行单元及动力源、工程负载及信号检测处理单元所构成。
系统可通过设置液压和机械参数中间变量检测反馈闭环，或者通过动力执行单元输出参数检测反馈闭环，改善其静态控制精度和动态品质。
信号处理可以采用模拟电子电路或数字式集成电路。
数字式集成电路在精读、可靠性、稳定性等项均占有优势，其成本也越来越低廉，故应用日趋广泛。
１．２电液比例控制系统的分类（１）开环系统和闭环系统如按系统的控制方式分类，可将系统分为开环控制与闭环控制系统。
开环系统和闭环系统是控制系统的两种最基本的形式。
开环系统就是系统的整个输出对整个系统的输入没有影响的系统。
其控制信号与输出信号仅有前向通道，而没有反馈通道。
其输入是事先设定的，与输出无关，系统的精度由事先校准精度来控制。
闭环控制系统和开环控制系统之间的区别是多了一条从输出端到输入端的反馈通道。
系统的输出信号通过反馈系统反馈到输入端，和输入信号相比较后得到偏差信号作为控制系统的输入，反馈系统的作用便是减少系统的输出偏差，这样就可以得到比较好的控制效果。
对电液比例与伺服控制系统综述
摘要本文详尽阐述了电液比例控制系统构成、分类和特点,结合对液压伺服控制系统的控制结构及其特点和基本要求的论述，分析了两种控制系统目前的发展状况。
回顾电液控制系统发展历史，展望电液控制系统的发展趋势。
关键词：比例控制伺服控制发展趋势AbstractThe paper expounded the composition, classification and the characteristics of the electro-hydraulic proportional control system。
Combined with the discussion of the control structure，basic requirements and the characteristics of hydraulic servo control system, the paper analyzed the state of the development of the two kinds of control systems。
Reviewing the development history of the electro-hydraulic control system，the paper elaborated the development trend of the electro-hydraulic control system.Keywords：proportional control , servo control，development trend目录摘要 0Abstract (1)1、引言 (2)2、电液比例控制系统组成和分类 (3)2。
1电液比例控制系统的组成 (3)2.2电液比例控制系统的分类 (3)3、电液比例控制系统特点 (4)4、电液伺服控制系统的控制结构 (6)5、电液伺服控制系统的特点及要求 (7)5。
电液比例及伺服控制技术-太钢讲课
造波电液伺服系统
造波 系统 液压缸 位置 x A U D VB A
U
VA
缸 压力 缸 压力 A D D A
接 口
D
p p U
T
qpu
ps
M
实验系统软件
计算机控制系统
热卷取踏步控制电液伺服系统
夹 送棍
一
钢带位置 传感器
号
助
卷
辊
x
p U
U
卷筒
p
U
辊
A
B
助
卷
三
号
p p
T
二号助 卷辊
U U p p A B
二、按被控物理量的名称分类 位置伺服控制系统、速度伺服控制系统、其它物理 量的控制系统。 三、按电液动力元件的控制方式或电液控制元件的形 式分类 节流式控制(阀控式)系统：阀控电液缸系统和阀控 电液马达系统 容积式控制系统：伺服变量泵系统和伺服变量马达 系统。 四、按信号传递介质的形式分类 机械电液伺服系统、电气电液伺服系统和气动电 液伺服系统等。
1.3 电液伺服和比例控制系统的优缺点
（一）、电液伺服控制的优点 (1)电液元件的功率—重量比和力矩-惯量比大 可以组成结构紧 凑、体积小、重量轻、加速性好的伺服系统。 (2)电液动力元件快速性好，系统响应快。 (3)电液伺服系统抗负载的刚度大，即输出位移受负载变化的影 响小，定位准确，控制精度高。 （二）、电液伺服控制的缺点 (1) 电液元件，特别是精密的电液控制元件(如电液伺服阀)抗污 染能力差，对工作油液的清洁度要求高。 (2) 油温变化时对系统的性能有很大的影响。 (3) 当电液元件的密封设计、制造相使用维护不当时．容易引起 外漏，造成环境污染。 (4) 电液元件制造精度要求高，成本高。 (5) 电液能源的获得和远距离传输都不如电气系统方便。
第一章 电液比例与伺服控制系统概述
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机械工程学院
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1.2 电液伺服控制系统工作原理及特点
1.2.2 电液伺服控制系统特点
（1）功率重量比、力矩惯量比或力质量比大
电动机10倍 10～20倍
（2）固有频率高（电机1s，液压马达1/10s） （3）负载刚度大（精度高，受外界影响小） （4）负反馈的随动系统，靠偏差工作 （5）油液精度高（一般系统10μm，高性能3～5μm） （6）阀加工精度高，工艺性差，公差与配合严格（间隙2μm） （7）油液中空气、温升对控制精度影响大 （8）理论描述近似
（4）按系统的控制方式分类
开环控制、闭环控制 定值控制、程序控制、伺服控制（随动控制）
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1.4 电液比例与伺服控制系统的分类与组成
1.4.2 组成
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1.4 电液比例与伺服控制系统的分类与组成
1.4.2 组成
（1）指令元件：给定控制信号的产生与输入的元件。可以是机械、电气或 气动式，如电位器、计算机、靠模等。 （2）检测反馈元件：检测被控量或中间量，反馈回输入端。各种传感器。 （3）比较元件：将输入与反馈信号进行比较，得出偏差输入信号的元件。 （4）放大、转换、控制元件：将偏差或输入信号放大、转换成液压信号 （流量或压力），以控制液压执行元件运动的元件。放大器、阀等 （5）液压执行元件：产生调节动作、加于被控对象，实现调节任务的元 件。如液压缸、液压马达等。 （6）控制对象：被控制的机械设备或其它物体。 （7）其它：校正装置，不包含在液压回路中的液压能源等。
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1.3 电液比例控制系统工作原理及特点
1.3.2 电液比例控制系统特点
第6章电液伺服系统与比例系统
第6章 电液伺服系统与比例系统6 1电液伺服系统与比例系统的类型（50分钟）（第十五次课）电液伺服系统的分类方法很多。
可以从不同的角度分类。
如位置控制、速度控制、力控制等。
阀控系统、泵控系统，大功率系统、小功率系统，开环控制系统、闭环控制系统等。
根据输入信号的形式不同，又可分为模拟伺服系统和做数字伺服系统两类。
6.1.1 模拟伺服与比例系统在模拟伺服系统小，全部信号都是连续的模拟量，模拟伺服系统重复精度高，但分辨能力较低(绝对精度低)。
伺服系统的精度在很大程度上取决于检测装置的精度，另外模拟式检测装置的精度一般低于数字式检测装置．所以模拟伺服系统分辨能力低于数字伺服系统。
另外模拟侗服系统中微小信号容易受到噪声和零漂的影响、因此当输入信号接近或小于输入端的噪声和零漂时，就不能进行有效的控制了。
6.1.2 数字伺服与比例系统在数字伺服系统中，全部信号或部分信号是离散参量。
因此数字伺服系统又分为全数字伺服系统和数字—模拟伺服系统两种。
6.1.3 混合伺服与比例系统数字—模拟伺服系统又称混合伺服与比例系统数字检测装置有很高的分辨能力，所以数字伺服系统可以得到很高的绝对精度。
数字伺服系统的输入信号是很强的脉冲电压，受模拟量的噪声和零漂的影响很小。
所以当要求较高的绝对精度，而不是重复精度时，常采用数字伺服系统。
此外，它还能运用数字计算机对信息进行贮存、解算和控制，在大系统中实现多环路、多参量的实时控制．因此有着广阔的发展前景。
6 2电液位置伺服系统与比例位置伺服系统电液位置伺服系统是最基本和最常用的一种液压伺服系统。
如机床工作台的位置、板带轧机的板厚、带材跑偏控制、飞机和船舶的舵机控制、雷达和火炮控制系统以及振动试验台等。
在其它物理量的控制系统中，加速度控制和力控制等系统中，也常有位置控制小回路作为大回路中的一个环节。
6.2.1系统的组成及其传递函数电液伺服系统的动力元件不外乎阀控式扣泵控式两种基本型式，但由于所采用的指令装置、反馈测量装置和相应的放大、校正的电子部件不同．就构成了不同的系统。
比例控制系统和和伺服控制系统的比较
比例控制系统和伺服控制系统的优缺点比较：（1）在电液比例控制元件中采用的驱动装置是比例电磁铁，由于该驱动装置具有电阻小、电流大、感性负载大以及驱动力大的优点，但是其实际的响应速度慢。
（2）电液伺服控制元件采用的驱动装置时力矩马达或力马达（动圈式电——机械转换器），其具有的特点是输出功率较小、感抗小、驱动力小，但是响应速度快。
（3）电液伺服阀几乎没有零位死区，其通常在零位附件工作，故其只能在闭环控制系统中使用，所以伺服控制系统都是闭环控制系统。
（4）比例阀（如比例方向阀）对零位没有特殊要求，所以比例控制系统既可以是一个闭环控制系统，也可以是一个开环控制系统。
（5）比例控制系统中常用的比例换向阀阀芯加阀套的结构中，阀体充当了阀套的角色，一般是具有互换性的；而伺服控制系统中的伺服阀是采用阀芯加阀套的结构，两者共同组合成了一个组件，要求的加工精度非常高，且不具有互换性，从而使得伺服阀与比例阀的相比，其加工难度更高，技术要求更高，从而产品价格更高。
（6）比例控制系统中采用的比例阀具有多种中位机能，所以此类阀能够在多种工况下使用；而伺服阀仅仅只具有O型中位机能，其能够适应的工况单一。
（7）伺服控制系统中对伺服阀前后的压差有严格的要求，通常都是1/3的供油压差；而比例控制系统中比例阀正常工作时对阀口压差没有严格要求，只是在压差较大的工况下，其性能更佳。
（8）伺服控制系统的主要优点是其响应速度快，控制精度高，但是其缺点是系统复杂，系统中使用的元件繁多，并且其对流体介质的清洁度要求非常高，系统的制造成本和维修成本高昂，系统能耗大，大多的工业用户无法接受。
总之电液比例控制系统的主要优点是结构简单，系统中使用的元件数量较少，对油液的污染敏感性不高，系统节能效果好，但是其响应的速度和运动精度没有伺服系统高。
而伺服系统具有非常高的运动精度和非常快的响应速度，但是系统元件的制造工艺复杂，系统的成本大，能量浪费较多。
电液一体化的比例伺服系统及其在密炼机上的应用
ｓｓｅ ｒａｉ ｓａｈｇ —ｔ ｎ ｔ ｙ ｔｍ ｅｌ ｅ ｉｈ ｓ ｅ ｇｈ，ｈｇ —ｐ ｅ ｚ ｒ ｉｈｓ ｅ ｄ，ｈｇ — ｓ ｌｔ ｎ ｒｍ ｉ ｎｅｎ ｌ ｘ ｒ ｔ ｔｐｅｓｐｅ ｓｒ ｄｕ ｔ ｎ． ｉｈｒ ｏｕｉ ａ ｎｉｔｒ ａ ｍｉｅｓｗｉ ｓｅ ｌｓ ｒｓｕ ｅａｊ ｓｍｅ ｔ ｅ ｏ ｈ
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ＷＥ ｉ ｉｇ ， Ｈ ｈ— ｕ ｎ Ｃ Ａ Ｇ Ｑ ｎ ｅ ，ＷＥ ｉｏｔ ｎ ，ＬＵ Ｔｎ Ｉ Ｎ ｅｌ Ｉ — ｎ Ｚ Ｕ Ｚ ｉ ｈ ａｇ ， Ｈ Ｎ ｉｇｊ Ａ ｂ ｚ ｉ Ｉ ａ —ａ Ｉ ｉｇ ，ＬＡ Ｇ Ｄ — Ｘ ｉ ｖ
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０ 引 言
电液 比例伺 服控 制系 统是 一种 电子技术 和 液压 技
的欢迎 。
本 研究 以密炼 机 的 实 际 使 用 情况 为 例 ， 简述 电液
比例伺 服 系统 的控 制机 理 及其 使用 效果 。
（ ．Ｒ ｓ ｒ ｎ ｅ ｌ ｍｅｔ ｉ ｓ ｎ Ｄ ｌ ｎ Ｒ ｂｅ ＆ Ｐａ ｔ ｓ ｃ ｉｅ ｏ Ｌ ． Ｄ ｌ ｎ １ ６ ３ ， ｈｎ ； １ ｅｅ ｃ ａ ｄ Ｄ ｖ ｏ ｎ Ｄ ｖ ｉ ， ａｉ ｕ ｂ ｒ ａ ｈ ｅｐ ｉｏ ａ ｌ ｉ ｈｎ ｒ Ｃ ． ｔ ， ａｉ １ ０ Ｃ ｉａ ｓ ｃ Ｍａ ｙ ｄ ａ ３
电液比例伺服控制论文
课程名称电液伺服控制系统教师姓名研究生姓名研究生学号研究生专业机械工程所在院系机电学院类别: B.硕士日期: 2012 年12 月4 日评语注：1、无评阅人签名成绩无效；2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。
摘要：本文讲述了电液比例阀的分类及各类型详情，介绍了国内外电液比例阀厂家及其产品信息，并且对比例阀未来的发展趋势进行了展望。
关键词：电液比例阀；分类；发展趋势1.概念电液比例阀是电液比例控制技术的核心和主要功率放大元件。
它以传统的工业用液压控制阀为基础，采用电一机械转换装置，将电信号转换为位移信号，按输人电信号指令连续、成比例地控制液压系统的压力、流量或方向等参数。
与伺服控制系统中的伺服阀相比，在某些方面还有一定的性能差距，但它显著的优点是抗污染能力强，大大地减少了由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性；另一方面比例阀的成本比伺服阀低，结构也简单，已在许多场合获得广泛应用。
2.比例阀分类及介绍2.1比例阀分类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。
(1) 根据用途和工作特点的不同，电液比例阀主要分为比例压力阀(比例溢流阀和比例减压阀)、比例流量阀(仅单方向控制液流的比例节流阀和比例调速阀)、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的电液比例换向阀)和电液比例复合阀四类。
比例阀的输入单元是电-机械转换器，它将输入的电信号转换成机械量。
转换器有伺服电机和步进电机、力马达和力矩马达、比例电磁铁等形式。
电液比例换向阀不仅能控制方向，还有控制流量的功能。
(2) 按液压放大级的级数来分，又可分为直动式和先导式。
直动式是由电一机械转换元件直接推动液压功率级。
由于受电一机械转换元件的输出力的限制，直动式比例阀能控制的功率有限，一般控制流量都在15L/min以下。
先导控制式比例阀由直动式比例阀与能输出较大功率的主阀级构成。
电液比例阀的研究综述及发展趋势
文章编号: 1005—0329(2008)08—0032—06技术进展电液比例阀的研究综述及发展趋势张 弓,于兰英,吴文海,柯 坚(西南交通大学,四川成都 610031)摘 要: 电液比例阀是电液比例控制技术的核心元件,它按照输入电信号指令,连续成比例地控制液压系统的压力、流量或方向等参数。
综述了比例压力阀和比例流量阀国内外的研究进展,并且对比例阀未来的发展趋势进行了展望。
关键词: 电液比例阀;比例压力阀;比例流量阀;综述中图分类号: TH137.52 文献标识码: ARev i ew and D evelop m en t Trend of Electro2hydrauli c Proporti ona l Va lveZHANG Gong,Y U Lan2ying,WU W en2hai,KE J ian(South west J iaot ong University,Chengdu610031,China)Abstract: Electr o2hydraulic p r oporti onal valve is the key component in electr o2hydraulic p r oporti onal contr ol technique,accord2 ing t o the input electric signal,the para meters such as p ressure,fl ow and directi on of hydraulic system are contr olled continuous2 ly and p r oporti onally.An over revie w of the p r oporti onal p ressure valve and p r oporti onal fl ow valve at home and abr oad is su mma2 rized.Finally,the devel poment trend of p r oporti onal valve is discussed.Key words: electr o2hydraulic p r oporti onal valve;p r oporti onal p ressure valve;p r oporti onal fl ow valve;revie w1 前言电液比例阀,是电液比例控制技术的核心和主要功率放大元件,代表了流体控制技术的发展方向[1]。
电液比例与伺服控制教学设计
电液比例与伺服控制教学设计摘要本文介绍了一种电液比例与伺服控制教学设计方案。
该方案主要针对机械、自动化、电气等相关专业的学生，旨在通过模拟实际工业控制系统并实现控制任务、调试及优化，提高学生的实践能力和控制系统设计水平。
介绍当前，随着传感器、执行器和控制器技术的不断发展，机电控制系统已经成为了现代工业自动化生产线重要的组成部分。
电液比例与伺服控制是现代机电控制领域中的一个重要应用方向。
电液比例管路是一种通过电磁阀控制截面积实现流量控制的技术，广泛应用于液压系统中。
伺服控制则是通过传感器采集机械运动位置反馈信号，控制执行器的输出力和位置，使得机械系统能够实现高精度控制。
本文旨在介绍一种电液比例与伺服控制教学设计方案，通过该方案能够实现对机械控制系统的仿真、控制任务的实现以及控制优化等教学目的。
设计方案系统组成电液比例与伺服控制教学系统主要由控制箱、液压执行器、伺服电机、位置传感器、力传感器、信号发生器、示波器和电脑等部分组成。
其中，控制箱包含了微处理器、电源电路、信号分配器、开关和数字信号读取器等，负责控制电气部分的操作。
练习任务1.机械位置控制实验：通过精确控制电机和液压缸，实现对机械位置的控制，并可通过示波器实时监测机械运动状态。
2.力量控制实验：通过采集力学元件的数据，实现对机械输出力量的控制，并可获得需要的力学数据。
3.推力控制实验：通过控制电机和液压缸的输出，实现机械输出推力的控制，并可实现对机械推力环境下的调节和优化。
教学目标1.了解电液比例与伺服控制原理；2.熟悉控制系统中的传感器、执行器、控制器和信号等相关部件；3.熟练掌握机械位置、力量和推力的控制原理及其在实际工业中的应用；4.学习控制系统的调节和优化方法，并能够在实验中进行应用。
实验步骤1.结合仿真环境，让学生熟悉控制系统和其各部件，并学习如何进行控制任务的编码；2.通过仿真进行实际控制任务的模拟，如机械位置、力量和推力的控制；3.在示波器上监测机械系统运动状态，获得力建议和优化策略；4.研究控制系统中的不确定性和噪声等因素，设计相应的控制优化方案；5.实验结果的分析和总结，通过实验渐进式提高学生的实践能力和控制系统设计水平。
电液比例与伺服控制系统概述
1.2.2典型液压伺服系统
（1）车床液压仿形刀架
1.2.2典型液压伺服系统
（1）车床液压仿形刀架
电液仿形液压控制系统
1.2.2典型液压伺服系统
（2）工作台位置控制伺服系统
执行元件
被控对象
放大元件
传感器1
比较元件
传感器2 指令元件
1.2.2典型液压伺服系统
（3）伺服变量泵控制液压马达的速度控制系统
第一章 电液比例与伺服 控制系统概述
本章主要内容为 ：
❖ 1.1 电液比例与伺服控制技术发展概况 ❖ 1.2 液压伺服系统基本概念及典型系统举例 ❖ 1.3 电液比例控制系统工作原理及特点 ❖ 1.4 电液比例与伺服控制系统的分类及组成
1.1电液比例与伺服控制系统发展概况
1.1电液比例与伺服控制系统发展概况
军工：自动火炮系统（高低位机） 交通：汽车伺服转向、飞机舵机 冶金：轧机液压厚度自动控制系统
带钢跑偏控制系统 连续铸钢控制系统
航空航天：飞行模拟器、环境模拟设备
射出成型機之射出壓力控制系統
軋鋼厚度控制
動力輔助轉向系統
碟式煞車機構
鼓式煞車機構
液壓剎車系統
ABS（Anti-Lock Brake System） 防鎖死煞車系統
1.2液压伺服系统基本概念及典型 系统举例
❖ 伺服系统
凡是输出能以一定精度自动、快速、准确地复现 输入变化规律的自动控制系统
❖ 液压伺服系统
采用液压控制元件和液压执行元件的伺服系统
伺服控制 ❖ 控制物体的位置、方向、姿态，并能追踪任意变化
之目标的控制系统
液压伺服控制 ❖ 能以一个极小的信号输入，来控制出力极大的液压
船舶操控系統1
液压伺服与比例控制系统基本知识
第七章液压伺服与比例控制系统基本知识第一节概述液压传动的三个阶段：开关控制、伺服控制和比例控制。
在普通液压传动系统应用中，控制方式无论是采用手动、电磁、电液等形式，还是采用计算机或可编程控制器（PLC），都属于开关式点位控制方式，控制精度和调节性能不高。
狭义上讲，伺服系统是指输出能以一定精度跟随输入的位置控制系统。
目前常把各种机械量（位移、速度和力）的自动控制系统统称为伺服系统。
故液压伺服系统是指以液压为动力的机械量自动控制系统。
系统中信号的传输和控制部分如采用电气，则为电液伺服系统，也属于液压伺服系统的范畴。
和电气伺服系统相比，液压伺服系统具有体积小、重量轻、响应快等优点。
液压伺服控制组成框图（图7－1）指令元件：按要求给出控制信号的器件，如计算机、可编程控制器、指令电位器或其它电器等；检测反馈元件：检测被控制量，给出系统的反馈信号，如各种类型的传感器；比较元件：把具有相同形式和量纲的输入控制信号与反馈信号加以比较，给出偏差信号。
比较元件有时不一定单独存在，而是与指令元件反馈检测元件及放大器组合在一起，由一个结构元件完成；放大、转换和控制元件：将偏差信号放大，并作为能量形式转换（电—液；机—液等），变成液压信号，去控制执行元件（液压缸、液压马达等）运动。
一般是放大器、伺服阀、电液伺服阀等；执行元件：直接对被控对象起作用的元件。
如液压缸、液压马达等；被控对象：液压系统的控制对象，一般是各类负载装置。
按被控制量是否被检测与反馈：开环控制系统，闭环控制系统。
按液压控制元件的不同：阀控系统，泵控系统。
按信号产生和传递方式的不同：机械—液压伺服系统，电气—液压伺服系统。
按被控对象的不同：流量控制，压力控制，位置控制，速度控制，复合控制。
按输入信号的变化规律：定值控制，程序控制，伺服控制。
液压伺服控制系统的优点：系统刚度大、控制精度高、响应速度快，可以快速启动、停止和反向。
缺点：其控制元件（只要是各类伺服阀）和执行元件因为加工精度高，所以价格贵、怕污染，对液压油的要求高。
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摘要本文详尽阐述了电液比例控制系统构成、分类和特点，结合对液压伺服控制系统的控制结构及其特点和基本要求的论述，分析了两种控制系统目前的发展状况。
回顾电液控制系统发展历史，展望电液控制系统的发展趋势。
关键词：比例控制伺服控制发展趋势AbstractThe paper expounded the composition, classification and the characteristics of the electro-hydraulic proportional control system. Combined with the discussion of the control structure, basic requirements and the characteristics of hydraulic servo control system, the paper analyzed the state of the development of the two kinds of control systems. Reviewing the development history of the electro-hydraulic control system, the paper elaborated the development trend of the electro-hydraulic control system.Keywords: proportional control , servo control, development trend目录摘要 0Abstract (1)1、引言 (2)2、电液比例控制系统组成和分类 (3)2.1电液比例控制系统的组成 (3)2.2电液比例控制系统的分类 (3)3、电液比例控制系统特点 (4)4、电液伺服控制系统的控制结构 (6)5、电液伺服控制系统的特点及要求 (7)5.1电液伺服系统的特点 (7)5.2对电液伺服系统的基本要求 (8)6、电液控制系统发展现状与发展趋势 (9)7、结束语 (10)参考文献： (11)1、引言现代微电子技术的发展,特别是计算机技术的普及与发展,又为实现各类工艺过程的最佳控制提供了技术基础。
因此,工程控制理论的应用已逐步从航天、航空和军事工程领域普及到民用工业部门。
[1]50年代左右,以反馈控制为主体的基于经典控制理论的电液伺服系统得到快速发展,为工程控制提供了精度高、响应快、大功率的技术手段。
70年代末期,以可靠、价廉、节能、易维护并具有相当高精度和动态响应特点为标志的电液比例控制技术迅速崛起。
电液比例控制技术作为连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁,已经成为现代控制工程的基本技术构成之一,在近20年中得到了迅速发展。
它与传统的电液伺服技术相比,具有可靠、节能和廉价等明显特点,已应用于相当广泛的领域,形成了颇具特色的技术分支。
[7]2、电液比例控制系统组成和分类2.1 电液比例控制系统的组成[2]液比例控制系统由电液比例控制单元（包括电-机械转换器在内的比例电磁铁、电液比例变量泵及变量马达）、液压执行单元（通常为液压缸或液压马达）及动力源、电子放大及校正单元、工程负载及信号检测反馈处理单元等部分组成，如图1 所示。
电子放大元件将电信号输出给电-机械转换器内的比例电磁铁，电磁铁将此电信号转换为作用于阀芯上的力,使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变。
当电信号发生变化时，作用在阀芯上的力随之改变,该力或位移作为输入量施加给工作阀,工作阀上产生一个与输入的电信号成比例的流量或压力。
系统中可以有各种反馈和校正装置,用来改善系统的动静态特性。
2.2电液比例控制系统的分类[6]电液比例控制系统可以从不同的角度按很多方式来进行分类。
如前所述,电液伺服控制系统是一种广义上的比例控制系统,因而比例控制可以参照伺服控制系统按代表系统一定特点的分类方式来进行分类。
(1)按被控量是否被检测和反馈来分类:可分为开环比例控制系统和闭环比例控制系统。
由于比例阀是为适应较低精度的控制系统而开发的产品,目前的应用以开环控制为主。
随着整体闭环比例阀的出现,其主要性能与伺服阀无异,因而采用闭环比例控制的场合也会越来越多。
(2)按控制信号的形式来分类:可分为模拟控制和数字式控制。
后者又分为脉宽调制、脉码调制和脉通用的分类方式,由此电液比例控制系统可以分为:①比例流量控制系统;②比例压力控制系统;③比例流量压力控制系统;④比例速度控制系统;⑤比例位置控制系统;⑥比例力控制系统;⑦比例同步控制系统。
3、电液比例控制系统特点[5](1)可明显地简化液压系统,实现复杂程序控制,降低费用,提高了可靠性,可在电控制器中预设斜坡函数,实现精确而无冲击的加速或减速,不但改善了控制过程品质,还可缩短工作循环时间。
(2)利用电信号便于实现远距离控制或遥控。
将阀布置在最合适的位置,提高主机的设计柔性。
(3)利用反馈提高控制精度或实现特定的控制目标。
(4)能按比例控制液流的流量、压力,从而对执行器件实现方向、速度和力的连续控制,并易实现无级调速。
电液比例控制系统,由电子放大及校正单元、电液比例控制单元(含机械转换器在内的比例阀、电液比例变量泵及变量马达)、动力执行单元及动力源、工程负载及信号检测反馈处理单元所组成。
系统可通过设置液压(压力和流量)和机械参数中间变量检测反馈闭环或动力执行单元输出参数检测反馈闭环,来改善其稳态控制精度和动态品质。
信号处理单元可采用模拟电子电路、数字式微处理芯片或微机来实现。
数字式集成电路在精度、可靠性、稳定性等项均占优势,其成本也越来越低廉,故应用日益广泛。
随着电液比例技术的发展,对于常用的常规阀,一般都有相对应的比例阀。
比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种液压阀。
它可以接收电信号的指令,连续地控制液压系统的压力、流量等参数,使之与输入电信号成比例地变化。
它可以用于开环系统中实现随液压参数的遥控,也可以作为信号转换与放大元件用于闭环控制系统。
与比例阀配套供应的电控制器,要具有断电保持功能,控制信号中要迭加高频小振幅的颤振信号,以克服摩擦力,保证控制灵活,要有斜坡信号发生器,以便控制压力变化,速度或位移部件的加速度,有效防止惯性冲击;要有函数发生器,以便补偿死区特性。
进入90年代以后,国外的比例阀(电反馈)的工作频宽大多在10HZ以上。
如德国REXROTH公司生产的力士乐4WRE10型/10系列电液比例方向流量阀,对不同的电信号可输出不同的流量。
下表为其特性参数。
4、电液伺服控制系统的控制结构[3]基于DSP的电液伺服控制系统主要由五个部分组成，:智能控制器、功率放大器、电液伺服阀、液压缸、传感器(反馈测量元件),系统控制结构如图2所示。
智能控制器是由TMS320LF2407及其外围电路构成,通过从负载端采集的信号,进行A/D转换,然后经过软件控制算法实现电液伺服系统的位置控制、速度控制、力控制。
功率放大器是由电子元件组成的电路板构成,起功率放大作用,用于直接驱动电液伺服阀。
伺服阀是电液伺服系统的核心元件,能够对输出的流量和压力进行连续的双向控制,具有快速的响应速度和良好的控制精度。
液压缸是液压控制系统中的执行元件,将液压能转换为机械能。
传感器主要用来检测执行机构的压力(或拉力)、位移、变形,并转换为数字量,然后作为变量输入控制器算法程序,实现多种形式的闭环控制。
5、电液伺服控制系统的特点及要求[4]5.1电液伺服系统的特点1.同是一个位置跟踪系统。
输出位移自动地跟随输入位移的变化规律而变化，体现为位置跟随运动。
2. 伺服系统是一个功率放大系统。
推动滑阀阀芯所需的功率很小，而系统的输出功率却可以很大，可带动较大的负载运动。
3. 伺服系统是一个负反馈系统。
输出位移之所以能够精确地复现输入位移的变化，是因为控制滑阀的阀体和液压缸体固连在一起，构成了一个负反馈控制通路。
液压缸输出位移，通过这个反馈通路回输给滑阀阀体，并与输入位移相比较，从而逐渐减小和消除输出位移和输入位移之间的偏差，直到两者相同为止。
因此负反馈环节是液压伺服系统中必不可少的重要环节。
负反馈也是自动控制系统具有的主要特征。
液压伺服系统是一个有误差系统。
液压缸位移和阀芯位移之间不存在偏差时，系统就处于静止状态。
由此可见，若使液压缸克服工作阻力并以一定的速度运动，首先必须保证滑阀有一定的阀口开度，这就是液压伺服系统工作的必要条件。
液压缸运动的结果总是力图减少这个误差，但在其工作的任何时刻也不可能完全消除这个误差。
没有误差，伺服系统就不能工作。
由此可见，液压伺服控制的基本原理是：利用反馈信号与输入信号相比较得出偏差信号，该偏差信号控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，直至偏差等于零或足够小，从而使系统的实际输出与希望值相符。
图3 液压伺服系统的一般构成5.2对电液伺服系统的基本要求由于伺服系统是反馈控制系统，它是按照偏差原理来进行工作的，因此在实际工作中，由于负载及系统各组成部分都有一定的惯性，油液有可压缩性等原因，当输入信号发生变化时，输出量并不能立刻跟着发生相应的变化，而是需要一个过程。
在这个过程中，系统的输出量以及系统各组成部分的状态随时间的变化而变化，这就是通常所说的过度过程或动态过程。
如果系统的动态过程结束后，又达到新的平衡状态，则把这个平衡状态称为稳态或静态。
一般来说，系统在震荡过程中，由于存在能量损失，震荡将会越来越小，很快就会达到稳态。
但是，如果活塞—负载的惯性很大，油液因混入了空气而压缩较大，液压缸和导管的刚性不足，或系统的结构及其元件的参数选择不当，则震荡迟迟不得消失，甚至还会加剧，导致系统不能工作。
出现这种情况时，系统被认为是不稳定的。
因此，对液压伺服系统的基本要求首先是系统的稳定性。
不稳定的系统根本无法工作。
除此以外，还要从稳、快、准三个指标来衡量系统性能的好坏：稳和快反映了系统过度过程的性能，既快又稳，由控制过程中输出量偏离希望值小，偏离的时间短，表明系统的动态精度高。
另外系统的稳态误差必须在允许范围之内，控制系统才有实用价值，也就是所谓的准。
所以说一个高质量的伺服系统在整个控制过程中应该是既稳又快又准。
6、电液控制系统发展现状与发展趋势电液比例控制系统和电液伺服控制系统基本构成可以归纳如下:系统的指令及放大单元多采用电气控制,其中,电—机械转换器有动圈式、动铁式电磁元件和伺服电动机、步进电动机等。
[8]电液比例控制系统采用电液比例压力阀或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。