气动比例伺服控制
气比例阀伺服阀的工作原理
气比例阀伺服阀的工作原理Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】典型电---气比例阀、伺服阀的工作原理电---气比例阀和伺服阀按其功能可分为压力式和流量式两种。
压力式比例/伺服阀将输给的电信号线性地转换为气体压力；流量式比例/伺服阀将输给的电信号转换为气体流量。
由于气体的可压缩性，使气缸或气马达等执行元件的运动速度不仅取决于气体流量。
还取决于执行元件的负载大小。
因此精确地控制气体流量往往是不必要的。
单纯的压力式或流量式比例/伺服阀应用不多，往往是压力和流量结合在一起应用更为广泛。
电---气比例阀和伺服阀主要由电---机械转换器和气动放大器组成。
但随着近年来廉价的电子集成电路和各种检测器件的大量出现，在1电---气比例/伺服阀中越来越多地采用了电反馈方法，这也大大提高了比例/伺服阀的性能。
电---气比例/伺服阀可采用的反馈控制方式，阀内就增加了位移或压力检测器件，有的还集成有控制放大器。
一、滑阀式电---气方向比例阀流量式四通或五通比例控制阀可以控制气动执行元件在两个方向上的运动速度，这类阀也称方向比例阀。
图示即为这类阀的结构原理图。
它由直流比例电磁铁1、阀芯2、阀套3、阀体4、位移传感器5和控制放大器6等赞成。
位移传感器采用电感式原理，它的作用是将比例电磁铁的衔铁位移线性地转换为电压信号输出。
控制放大器的主要作用是：1）将位移传感器的输出信号进行放大；2）比较指令信号Ue和位移反馈信号U f U；3I输出。
此外，为了改善比例阀的性能，控制放大器还含有对反馈信号Uf和电压差 U的处理环节。
比如状态反馈控制和PID调节等。
带位置反馈的滑阀式方向比例阀，其工作原理是：在初始状态，控制放大器的指令信号UF=0P与A、B两端输出口同时被切断，A、B两口与排气口也切断，无流量输出；同时位移传感器的反馈电压Uf=0。
若阀芯受到某种干扰而偏离调定的零位时，位移传感器将输出一定的电压Uf，控制放大器将得到的 U=-Uf放大后输出给电流比例电磁铁，电磁铁产生的推力迫使阀芯回到零位。
现代气动技术理论与实践 第八讲：气动伺服控制
动与密封， ０ （ ． ２ ６４ ０ ）
【】 王 积 伟 ， 宏 甲 ， 谊 ． 压 传 动 【 ． 京 ： 械 工 业 出 版 社 ， ２ 章 黄 液 Ｍ】 北 机
２ ７． ０ｏ
【】 邓 劭华 ． 压 系统 油 温 过 高 的 原 因分 析 和 解 决 方 法【 ． 压气 ３ 液 Ｊ液 ］ 动 与密 封 ， ０ （ ． ２ ６４ ０ ） 【】 解 明 旭 ． 程 机 械 液压 系统 的现 场 维 修 ［． 技 情 报 开 发 与经 ４ 工 Ｊ科 ］
－ －＋ － － ＋ － ＋ － ＋ － ＋
改 造后 ， 主悬 臂下 滑现 象得 以消除 ， 油温 长 时间保
持在 ４ 一 Ｏ Ｏ ５ ℃左 右 ， 证 了油 液 的正 常 工 作 黏度 ， 保 工作 台 左右摇 摆 现象 已基 本 消 除 ， 静 止 到启 动 十分平 衡 。 从
有 声速 流 和亚 声速 流 ，亚 声速 流 与压 力 比的 曲线 为 椭 圆曲线 ， 些非 线性 的影 响也 不容忽 视 。 这
收 稿 日期 ：０ ８０ 一 ２０ — ４ 叭 作 者 简 介 ： 茂 林 （９ ２ ， ， 授／ 士 生 导 师 ， 要 研 究 方 向 是 气 动 蔡 １７ 一）男 教 博 主 系 统 的 节 能 、 量 、 真与 控 制 。 测 仿
文献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ８ ０ １ （０ ８ ０ － ０ ０ ０ １０ － ８ ３ ２０ ） ２０ ６ －４
气动比例力伺服系统的模糊PID控制
扰和系统参数变化的影响， 难于实现高精度控制。控 制系统的性能虽然依赖于执行元件、 比例伺服阀等系 统构成要素的性能 ， 但为了更好地发挥系统构成要素 的性能 ， 控制方法 的选择 至关重要 。通过选择适 当的 控制算法可以设计 出不受被控对象参数变化和干扰 影响 、 具有较强鲁棒性 的控制 系统 。
李 志
（ 西能源 职业技术 学 院机 电工程 系 ，陕 西 咸 阳 ７２０ ） 陕 １００
摘 要 ： 气动 比例 力伺服 系统 的控制 方 法进 行 了研 究。通过 ＰＤ控 制 实验 ， 气压控 制 系统 的强非 线性特 对 Ｉ 对
性及控 制特性 有 了认 知 ， 而运 用模糊 控制理 论对 系统进 行 了进 一 步的研 究 ， 进 最终提 出 了模糊 ＰＤ控 制的控 Ｉ
Ｌ ｉ ｉＺｈ
（ ｅｔ ｆ ｌｃ ｏ ｅｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ａｎ ｉ ｎｒｙＩｓｔｔ ， ｉｎａ ｇＳ ａｎ ｉ ０ ０ Ｄ ｐ．ｏ ｅｔ ｍ ｃａ ｉ ｇｎ ｅ ｎ ， ｈｎ ｘ Ｅ ｅｇ ｎｔｕｅ Ｘａ ｙｎ ｈ ａｘ ７ ０ ） Ｅ ｒ ａＥ ｉ ｉ １ ２
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陕 西能源职业技 术学院 学报
２０ 年第 １ ０６ 期总第 １ 期
Ｊｕｎ ｌｏ ｈ ａ ｘ ｎ ｒｙＩｓｉ ｔ ｏ ｒ ａ ｆＳ ａ ｎ ｉＥ ｅｇ ｎｔ ｕｅ ｔ Ｎ０ １ ｕ ｍ．１２ ０ Ｓ ０ ６
．
气 动 比例 力伺 服 系统 的模 糊 ＰＤ控 制 Ｉ
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｓ ｓｅ ｔ ｏ ｔｏ ｔ ｏ ｓ ｏ ｈ ｎ ｕ ｔ ｒ ｐ ￣ｉｎ ｆｒ ｅ ｓ ｒ ｏ ｙ ｔｍ ｒ ｉ ｌ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ． Ｂｙ ｔａ ｔ ｙ ｔ ｍａｉ ｃ ｎ ｒｌ ｍｅｈ ｄ ｆｔ ｅ ｐ ｅ ｍａｉ ｐ ｏ ｏ ｏ ｏ ｃ ｅ ｖ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｍａ ｎｙ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｃ ｃ Ｐ Ｄ ｏ ｔｏ ｘ ｒｍｅ ｔ ｎ ｎ ｗｓａ ｕ ｈｅｓｒ ｎ ｏ ｌｎ ａ ｈ ａ ｔｒａ ｄ ｃ ｎｒ ｌｃ ａ ａ ｔｒｏ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｙ － Ｉ ｃ ｎｒ ｌｅ ｐｅ ｉ ｎ ，ｏ ｅ ｋ ｏ ｂｏ ｔｔ ｔｏ ｇ ｎ ｎｉ ｅ ｒｃ ａ ｃｅ ｎ ｏ ｔｏ ｈ ｒ ｃｅ ｆｔ ｅｐｎ ｕ ｔ ｓ ｓ ｒ ｃ ｔｒ ｓ ｅ ｃ ｅ ，ｈ ｎ ｅ，ｕ ｉ ｇ ｔ ｕ ｚ ｏ ｔｏ ｈ ｏｙ ｔ ｋｅ ｆ ｒｈ ｒｒ ｓ ａ ｃ ｏ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ，ａ ａ ｔＦＵＺＺ ＋Ｐ Ｄ ｏ ｔｏ ｎ ｓｎ ｈｅ ｆ ｚｙ ｃ ｎ ｒ ｌｔ ｅ ｒ ｏ ｍａ ｕ ｔｅ ｅ ｅ ｈ ｔ ｈ ｙ ｔｍ ｒ ｔｌｓ Ｙ Ｉ ｃ ｎｒ ｌ ｓｒ ｔ ｇ ｓｉ ｔｏ ｕ ｅ ｔａｅ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ．Ｔｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌｒ ｓ ｔ ｏ ｅ ｔ ａ ｈ ｏ ｔｏ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｉ ｆｅ ｔ ｅ ｙ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕｌ ｐｒｖ ｈ ｔｔ ｅ ｃ ｎｒ ｌｐ ｒｏｍａ ｃ ｓ ｅｆｃ ｉ ｉ ｓ ｖ Ｋｅ ｒ ｓ：ｐ ｅ ｍａ ｉ ｒ ｐｏ ｉ ｎ ｆ ｒ ｅ Ｓ Ｆ Ｏ ｓ ｓｅ ； Ｉ ＦＵＺＺ ； ＵＺ ｙ ｗｏ ｄ ｎ ｕ ｔ ｐ ｏ ｒ ｏ ｏ ｃ ｅ Ｖ ｙ ｔ ｍ Ｐ Ｄ； ｃ ｔ Ｙ Ｆ ＺＹ ＋ＰＩ Ｄ
伺服阀控制方案
伺服阀控制方案引言伺服阀是一种用于流体控制的装置，通过控制电磁阀的开关状态，调节流体的流量和压力。
伺服阀广泛应用于工业自动化系统中，具有精确控制、快速响应和稳定性好的特点。
本文将介绍伺服阀的控制方案，包括伺服阀的工作原理、控制方法以及应用场景等内容。
伺服阀的工作原理伺服阀由阀体、阀芯、电磁铁、传感器等组成。
当电磁铁通电时，产生的磁场使阀芯受力，从而改变阀芯的位置。
阀芯的位置会影响阀体内流体的流量和压力。
伺服阀的工作原理可以简述为：通过控制电磁铁开关的状态，改变阀芯的位置，进而控制流体的流量和压力。
伺服阀的控制方法伺服阀的控制方法有多种，可以根据具体的控制需求选择合适的方法。
1. 开关控制开关控制是最简单的伺服阀控制方法。
通过控制电磁铁的开关状态，将伺服阀的阀芯置于开启或关闭的位置，从而控制流体的流量和压力。
2. 比例控制比例控制是一种常见的伺服阀控制方法。
通过改变电磁铁的电流信号，可以实现对伺服阀阀芯位置的精确调节。
比例控制可以实现对流体流量和压力的连续调节，并具有良好的响应性能。
3. PID控制PID控制是一种常用的自动控制方法，在伺服阀控制中也经常使用。
PID控制通过测量流体流量和压力的反馈信号，根据预设的目标值进行误差计算，并产生控制信号对伺服阀进行调节。
PID控制可以实现对流体控制系统的闭环控制，提高系统的控制精度和稳定性。
伺服阀的应用场景伺服阀广泛应用于工业自动化系统中的流体控制领域。
下面介绍一些常见的应用场景：1. 液压系统伺服阀在液压系统中起到控制流体流量和压力的重要作用。
液压系统通常用于工程机械、冶金设备、船舶等领域，伺服阀的精确控制能力可以提高系统的工作效率和性能。
2. 气动系统伺服阀也可以应用于气动系统中，控制气体流量和压力。
气动系统广泛应用于制造业的自动化生产线中，通过使用伺服阀实现对气动设备的准确控制，可以提高生产线的生产效率和质量。
3. 流体力学实验伺服阀在科研领域中也有一定的应用，特别是流体力学实验中。
气动伺服控制系统及阀的应用形式
系统 参数变 化 的影 响 ，难于 实现 高精 度控 制 ， 以 所
过 去人 们 一直 认 为气 动控 制 系 统 只 能用 于 气缸 行 程两 端的开 关控制 ， 难于满足 对位 置或 力连续 可调 的 高精 度控 制 要 求 。 因此 ，在 设 计伺 服 控制 系 统 时 ，除 了一些特 殊 的应 用场合 ，很 少选择 气动伺 服
与计算机 、电气 、传感 、通 讯等技 术相结合 的基础
上产 生 了智 能气动 这一概 念 （ 气动 比例与伺 服、智
能 阀 岛、模块 化 机械 －） ｙ 。气 动伺 服定 位技 术可 使 － 气缸 在 ３ ｓ高速 运 动情 况 下 实现 任 意 点 自动 定 ｍ／ 位 。 能 阀岛十分理想 地解 决 了整个 自动化 生产线 智 的分散 与集 中控制 问题 。 现代 气动 的发展趋 势是微 型化 、集成化 、模块 化 、智 能化 。
对 象进行 控制 。 字控制 克服 了使用模拟 器件 时的 数
元 件老化 、参数 漂移 、环 境 的噪声和干 扰 等，而且
控制 系 统 。但是 随着 新 型 的气动 Ｌｆ／ ｌ￣ ｃＪ 伺服 控制 阀
的开 发和 现 代控 制 理 论 的导 入 ， 利用 现场 总线 技
伺服 系统 的应用越 来越普遍 。 现 的死 区，经历着 飞跃 性 的发展 。重复精度
优于 ００ ｍｍ 的模块 化气动机 械手 ，５ ｓ低速平 ．１ ｍ／ 稳运 行及 １ｍ／ 高速运 动 的不 同气 缸相 继 问世 。 ７ ｓ 在
０ 前言
气动控 制系统 与 油压控制 系统相 比， 最大 的不 同点在于 空气与油 液 的压 缩性和 粘性 的不 同。 空气 的压 缩性 大 、粘性 小 ， 利于构 成柔 软型驱 动机构 有 和 实现 高速运 动 。相 反 ， 缩性 大会带 来压 力响应 压
比例流量阀控气动伺服系统的反馈线性化控制
（） ７
Ｌ） ８
通 常 采用 Ｓｍ ｌ ａ ｉｅ流量 公 式 ，将 阔 口流 动 方 程用 ｌ Ｉ４椭圆方程来 近似… 。则有 ／
印
（ ） ：
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为气缸 左 腔 压力 ，ｐ Ｂ为气 缸 右 腔 压 力 ，ｍ 为 质量 负 载 ，Ｂ为粘性 负载 的粘性 力 系数 ， 为 弹性 负载倔 强 系数 ，Ｆ为 外负载力 ， 为气缸 活塞面积 。
针对两 腔压力建立微 分方 程 ：
由于气 压伺服 系统 的 闷 口流动 非 线性 、缸 内热力 过程 的复杂 性 以及 相 对于驱 动 力较 大 的摩 擦 力 ，使 得 获取 系统精确模 型并进行有 效控制 一直以来是个难题 。 本 文建立 了 比例流 量 阀控 单 自由度 气 动位置 伺 服系 统 的数学模 型 ，并对 此模 型进行 直接 反 馈线 性化。反馈 线性化技 术是近 来 得到很 大 发展 的方 法 之一 ，这种 方 法 区别于 工作 点线 性 化方 法 。对 于 确定 性 系统 而 言 ， 工 作点线 性 化模 型 丢失 了系 统信息 ，而反 馈线 性化 方 法则 完全保 留了系统 的所 有 信息 经 反馈 线性 化后 得 到的是一个伪 线性 系统 ，对此 伪线 性 系 统可 充分 利 用
（ ９ ）
印卜 √
茸机
圈 １ 单自由度气动位置伺 服系统示意 图
＾ Ｑ ｐｆ ｓ ‘ Ｂ ｐ ≥ｄ
气体特性和气体流动特性是非常复杂的 ， 从有利 于分析 和研 究 问题 的角度 出发 ，特作如下假 设 ：
（）气体是 理想气体 ，满足理想气体 状态方程 ； Ｉ （）气体经 过 阀 ｒ ２ ７流动为等熵 绝热过程 ； （１气缸两 腔 的状态变化 为等温变化 ； ３ （）忽略 库仑摩 擦等非线 性负载 ； ４
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。
基于比例阀的气动伺服系统最优控制策略
（ 接第 ４ 上 ５页 ）
系统 当前 位置 ， 随后 收 回伸 出的作动 筒 ， 尽快将 运动 平
综上 所述 ， 系统 对 于 不 同类 型 的故 障都 有 相应 该 的处理 办法 ， 且安 全保 护范 围相互 覆盖 ， 运动柜 没 有 在 断电 的情况 下 ， 留在 浮 点 运 动控 制 器 中 的安 全 软 件 驻
气缸 Ａ腔 、 Ｂ腔作用面积 ６ — 黏性摩檫系数 — ， ， 气缸活塞位移 ——
（ ５ ）
ＱＴ为进 人 Ａ腔 ， 的气 体流 量 ； Ｐ 为气 缸 Ａ腔 ， Ｔ ｌ ｂ Ｂ腔 ｌ，ｂ Ｄ Ｂ腔气 体密 度 ； Ｖ 为 气缸 Ａ腔 ， 的体 积 Ｖ， ｂ Ｂ腔
（ ）气缸两 腔 的压力微 分 方程 ： ２
反 馈控 制器 设计 ， 实验 中比较 分析 了常规 ＰＤ控 制和 最优 状 态反 馈 控 制 器对 系统性 能的 调 节。研 究结 果 在 Ｉ
表 明系统性能稳定、 超调 小、 响应快， 抗干扰能力强。
关键 词 ： 比例 流量 阀 ；气动位 置伺 服 系统 ； 优状 态反馈 最
中图分 类号 ：Ｈ ３ ． 文献标 识 码 ： 文章 编号 ：００４５ （０７０ ． ２．４ Ｔ １７７ Ｂ １０－８８２０ ）３ ０７０ ０ 气 动系 统具有 许 多 显 著 的优 点 ， 在工 业 自动 化 领 域 得 到越来 越广 泛 的应 用 。但 是 由 于空 气 压缩 性 大 、
黏度小 、 系统非线性等因素的影响 ， 使气动伺服的精度 和可靠 性受 到很 大的 限制 ， 以实现精 密 的伺服 控制 。 难
本文探 讨基 于 比例 流 量 阀的 气动 位 置 伺 服 系统 ， 采 并 用最优 状态 反馈控 制 器 对 系统 进 行 控 制 ， 高 了系统 提
比例方向流量阀气动位置力伺服控制系统实验研究
加 载缸 与主控 缸通 过连 接 ， 为一整 体 ， 加 载缸 成 把
活 塞杆及 活塞 质 量视 为 系 统 的惯 性 负载 ， 载缸 和 主 加
的气 动控制元 件 和执 行 元 件 的不 断 开 发 、 算 机技 术 计
的飞速 发 展 以 及 现 代 控 制 理 论 和 智 能 控 制 理 论 的 引 入 ， 动伺服技 术 的 研 究 和应 用 进 入 了新 的 局面 。 国 气
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５ ８
液压与 气动
２０ ０６年第 ３ 期
比 例 方 向 流 量 阀 气 动 位 置 力 伺 服 控 制 系 统 实 验 研 究
卢 晋 ， 玉丰 周
Ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ１Ｓ ｕ ｙ ｏ ｎ ｕ ｔ ｏ ｉｉｎ ａ ｄ Ｆ ｒｅ Ｓ ｒ ｅ ｘ ｅｉ ｎ ａ ｔｄ ｆＰ ｅ ｍａｉ Ｐ ｓｔ ｎ ｏ ｃ ｅ ｖ ｃ ｏ
有力负 载作用 下 系 统 的位 置响 应 。在 现 有 条件 下 ， 很
难给 系统施 加 稳 定 的 阶 跃 力 负 载 或 其 他 形 式 的 力 负
性 负载 后 ， 对系 统 响应 的稳态 精度 无影 响 ， 使 系统 响 但
应超调 变 大 、 入稳 态时 问变 长 。 进 从 图中可 以看 出 ， 加 ＇力作 用后 ， 在 Ｅ￣ Ｉ － 系统 阶跃 响
收 稿 日期 ：０ ５０．３ ２０ ．９２
摩擦 力不 单独考 虑 ， 作 系统 的惯 性 负 载 和 系统 本 身 看
的摩 擦 力。
作者简 介： 卢晋（９４ ） 男 ， １６一 ． 本科 ， 级实 爿指 导教 师 ， 一 主
要 从 事 液 压 与 气 动 方 面 的教 学 和 研 究 工 作 。
载 ， 有位移 、 在 速度 的 系统 中， 很 难 存 在不 变 的衡 定 也 的力 负载 ， 实验 系 统 以气缸 加 载 ， 进 行 研 究 之 前 ， 本 在
气动如何控制比例阀
气动如何控制比例阀
气动比例阀是一种用于控制流体介质流量比例的设备。
它通过
控制气源信号，调节比例阀的开度来实现流量的控制。
工作原理
气动比例阀由比例阀阀体、气源信号控制装置和执行机构组成。
比例阀阀体中有两个流道，一个是进气流道，一个是出气流道。
进
气流道由控制节流阀调节，出气流道通过执行机构控制流量的大小。
气源信号控制装置接收控制信号，通过调节比例阀的开度来实现流
量的比例控制。
工作步骤
1. 接通气源：将气源接通到气动比例阀的气源输入口。
2. 设定控制信号：设置气动比例阀的控制信号。
通常使用电气
信号或气压信号来表示所需的流量比例。
3. 调节比例阀开度：根据设定的控制信号，通过调节比例阀的
开度来控制流量比例。
开度越大，流量比例越大；开度越小，流量
比例越小。
4. 监测流量：通过流量监测装置监测比例阀出口的流量情况，
以确保所需的流量比例达到预期。
应用领域
气动比例阀广泛应用于工业控制领域，特别是需要对流体介质
流量进行精确控制的场合。
常见的应用领域包括液压系统、气动系统、化工装置等。
通过调节比例阀的开度，可以精确地控制流体介
质的流量比例，满足不同工艺要求。
总结
气动比例阀是一种用于控制流体介质流量比例的设备，通过调
节比例阀的开度来实现流量的控制。
它广泛应用于各个工业领域，
特别是需要精确控制流量的场合。
掌握气动比例阀的工作原理和操
作步骤，能够有效地应对流量控制需求，提高生产效率和产品质量。
气动技术应用及发展相关情况
气动技术应用及发展相关情况1、气动技术应用情况及研究和发展的重要性随着科学技术的发展，自动控制技术已被广泛应用于工农业生产和国防建设。
实现自动化的技术手段目前主要有两个：电气(电子)控制和流体动力控制。
流体动力控制有三类：(1)液压控制，工作流体主要是矿物油。
(2)气压控制，工作介质主要是压缩空气，还有燃气和蒸气。
(3)射流技术，工作介质有气体也有液体，该技术在一些多管道的生产流程中得到应用。
气压伺服控制是以气体为工作介质，实现能量传递、转换、分配及控制的一门技术。
气动系统因其节能、无污染、结构简单、价格低廉、高速、高效、工作可靠、寿命长、适应温度范围广、工作介质具有防燃、防爆、防电磁干扰等一系列的优点而得到了迅速的发展。
众多的报道表明，气动技术是实现现代传动和控制的关键技术，它的发展水平和速度直接影响机电产品的数量和水平，采用气动技术的程度已成为衡量一个国家的重要标志。
据英才网调查表明，目前气动控制装置在自动化中占有很重要的地位，已广泛应用于各行业，概括如下：(1)绝大多数具有管道生产流程的各生产部门往往采用气压控制。
如：石油加工、气体加工、化工、肥料、有色金属冶炼和食品工业等。
(2)在轻工业中，电气控制和气动控制装置大体相等。
在我国已广泛用于纺织机械、造纸和制革等轻工业中。
(3)在交通运输中，列车的制动闸、货物的包装与装卸、仓库管理和车辆门窗的开闭等。
(4)在航空工业中也得到广泛的应用。
因电子装置在没有冷却装置下很难在300℃～500℃高温条件下工作，故现代飞机上大量采用气动装置。
同时，火箭和导弹中也广泛采用气动装置。
(5)鱼雷的自动装置大多是气动的，因为以压缩空气作为动力能源，体积小、重量轻，甚至比具有相同能量的电池体积还要小、重量还要轻。
(6)在生物工程、医疗、原子能中也有广泛的应用。
(7)在机械工业领域也得到广泛的应用。
从气动的特点和应用情况可知，研究和发展气动技术具有非常重要的理论价值和实际意义。
气动比例调节阀工作原理
气动比例调节阀是一种利用气动执行器控制阀门开度的调节阀，其工作原理如下：
控制信号输入：控制信号通过控制器发送给气动执行器，根据控制信号的大小来调节气动执行器的工作状态。
气动执行器工作：气动执行器接收到控制信号后，根据信号的大小来调节执行器内部的气源压力，从而控制执行器的活塞或膜片的移动，使阀门的开度发生变化。
阀门开度调节：气动执行器的动作会带动阀门的开度发生变化，从而调节介质的流量和压力。
反馈信号：阀门的开度会产生相应的反馈信号，通过传感器发送给控制器，用于监测和调节阀门的开度。
通过以上工作原理，气动比例调节阀能够实现根据控制信号自动调节阀门的开度，从而实现对介质流量和压力的精确控制。
当控制信号输入到气动比例调节阀时，控制器会根据设定的目标数值来调节控制信号的大小。
这个控制信号会传送给气动执行器，气动执行器根据控制信号的大小来调节内部的气源压力，从而控制执行器的活塞或膜片的移动。
这个运动会改变阀门的开度，进而调节介质的流量和压力。
气动比例调节阀通常配备有反馈装置，用于监测阀门的实际开度，并将这些信息反馈给控制器。
控制器会根据反馈信息进行调整，以确保阀门的开度与设定值保持一致。
整个过程实现了对介质流量和压力的精确控制，使得气动比例调节阀在工业自动化控制系统中得到广泛应用。
其优点包括响应速度快、精度高、可靠性好等特点，适用于需要精确控制流体介质的工业场合。
气动流量比例伺服阀的控制关键技术
气动流量比例伺服阀的控制关键技术
气动流量比例伺服阀是一种常用于工业控制系统中的关键元件，它能够实现对气体流量的精确控制。
本文将介绍。
首先，之一是传感器的选择。
传感器的作用是将气体流量转化为电信号，然后通过控制器进行处理。
在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应速度等因素。
常用的传感器有差压传感器、热敏电阻传感器等，根据具体应用需求选择合适的传感器。
其次，控制器的设计也是气动流量比例伺服阀的关键技术之一。
控制器根据传感器信号对气动流量比例伺服阀进行控制。
在设计控制器时，需要考虑控制算法的选择、控制系统的稳定性等因素。
常用的控制算法有比例控制、积分控制、微分控制等，根据具体控制要求选择合适的控制算法。
另外，气动流量比例伺服阀的结构和材料选择也是关键技术之一。
合理的结构设计能够提高气动流量比例伺服阀的控制精度和稳定性。
常见的结构设计有节流孔设计、阀芯设计等。
同时，选择合适的材料能够提高气动流量比例伺服阀的耐腐蚀性和使用寿命。
最后，气动流量比例伺服阀的校准和调试也是控制关键技术之一。
在使用气动流量比例伺服阀之前，需要对其进行校准和调
试，以确保其控制精度和性能达到要求。
校准和调试的过程包括传感器校准、控制器参数设置等。
总结起来，气动流量比例伺服阀的控制关键技术包括传感器的选择、控制器的设计、结构和材料选择以及校准和调试。
这些关键技术的合理应用和优化能够提高气动流量比例伺服阀的控制精度和性能，满足工业控制系统对气体流量的精确控制需求。
气动伺服机械手控制系统的设计
旋转编
系统 。控 制 回路 包 括传感 器 、 ／ Ｄ Ａ和控制 器 等 Ａ Ｄ、 ／
－
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ｔ ： 路Ｈ 接Ｉ Ｉ 电 旋 码 卜 转编 器 一
部分 。在 每个 采样 控制周 期 ， 置 传感 器采 集 出位 置 位 的实 时信 号 ， 经过 Ａ Ｄ转 换输 入 到计 算 机 中 ， ／ 然后 与
收稿 日期 ：０ ９１ － ２ ０ —１ ９ ０
作者简介 ： 吴秋 华 （９ ５ ） 男 ， １８ 一 ， 广东 河源人 ， 在读 硕 士研 究
生， 主要从事 过程 装备 与控制工作 。
２１ ０ ０年第 ５期
液压与 气动
１ ３
由模 态选择 开 关 、 糊 ＰＤ 控 制 器 （ 括 一 个 模 糊 参 模 Ｉ 包
目标值相 比较 ， 并应用控制算法计算得到控制信号 ，
经 Ｄ Ａ输出到功率放大电路 中， ／ 以驱动接 口电路板 控制两个压力 比例阀的电压信号 ， 从而改变执行气缸
两腔 的压 力差 ， 动执 行气缸 向 目标位 置运 动 。 驱 系统控 制器 由一 台工 控 机 来 执行 ， 过数 据 采 集 通
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机械 手采 用一 个 夹 物气 缸 、 个 直 程 气 缸作 为驱 两 动元 件 ， 并采用 比例／ 服 阀作 为控 制 元件 ， 械手 的 伺 机
中图分类 号 ：Ｐ ７ 文 献标识 码 ： 文章编 号 ：０ ０４ ５ （０ ０）５０ １ －３ Ｔ２３ Ｂ １ ０ －８ ８ ２ １ ０ － ２０ ０
伺服控制的模型和方法
伺服控制的模型和方法我先讲啊，伺服控制这事儿，我一开始也是瞎摸索。
我就知道伺服控制系统挺复杂的，涉及到好多模型还有方法啥的。
我最早尝试的时候呢，就知道有PID控制这个方法。
这PID控制啊，就像你调收音机一样。
P是比例，就像你根据你听到的声音大小大概调整一下旋钮的幅度；I是积分，这个就比较玄乎了，有点像是根据你之前调整旋钮到现在一共的偏差积累，再去调整旋钮，这个我一开始就搞不太好，经常调过了，导致声音要么特别大要么特别小；D呢是微分，这就像要预测下一刻声音如果按照现在的趋势变化会怎样，提前做出一点旋钮调整。
后来我又试了啥呢，试了那种基于神经网络的模型。
哎呀，这个可让我废了不少劲。
我想着神经网络不是在好多控制领域都有很好的效果嘛。
我就到处找资料，学着构建神经网络结构，把输入设置成伺服装置的当前状态，输出设置成要达到的目标状态啥的。
但是问题来了啊，我当初错就错在数据准备上。
我收集的数据乱七八糟的，有的数据本身就不准确，就像你做饭用了坏的食材，再好的厨子也做不出好菜来啊。
结果可想而知，模型效果特别差。
我还试过模糊控制，这个方法感觉挺有意思的。
它就不是像PID那种精确的控制，而是更接近人的模糊思维。
比如说你要控制一个伺服电机的转速在一个大概的范围，就不用非得精确到某个值。
你只要定好几个模糊集合，像“低速”“中速”“高速”之类的，根据一些经验规则来控制就行。
我有点不确定的就是不同的应用场景是不是要用不同的控制组合呢。
就比如在那种高精度的机械加工场景下，感觉PID就比较合适，但要是在一些不太精确，但是要求快速响应的家用设备里呢，也许模糊控制就够用了。
我觉得啊，要研究伺服控制，一定要从基础的模型开始好好研究，那些经典的方法你别看觉得老，但是真的是很有用的。
你要是把PID控制彻底搞明白了，再去研究那些新兴的控制方法，就像你学会了走路，再去学跑就容易多了。
我自己研究这么久啊，就感觉实践特别重要。
光看书或者看一些理论的东西，到实际操作的时候，发现完全不是那么回事。
伺服系统的参数调节方法
伺服系统的参数调节方法伺服系统是一种通过控制输出来保持输出与输入一致的控制系统。
在实际应用中，为了保持伺服系统的性能，需要对伺服系统的参数进行调节。
本文将介绍一些常用的伺服系统参数调节方法。
一、比例控制器调节法在伺服控制系统中，比例控制器是一个非常重要的组成部分。
比例控制器是由一个比例增益、一个积分增益和一个微分增益组成的。
比例控制器的主要作用是将误差信号转换为控制信号。
比例控制器调节法是一种简单有效的方法。
首先，将伺服系统的比例增益调整到最大值。
然后，逐步减小比例增益，直到出现振荡。
此时，将比例增益调整到振荡的前一级，即可获得一个稳定的伺服系统。
通常情况下，比例控制器的积分增益和微分增益不需要进行调整。
二、峰值法峰值法是一种通过调整伺服系统的参数，使系统的性能达到最佳的方法。
这种方法的基本思想是，在负载变化时，系统会振荡，振荡的周期取决于系统的惯性和弹性，所以如果能够控制振荡周期，则可以控制系统的性能。
具体实施方法是：首先，在初始条件下，设定伺服系统的参数，并进行一次试验。
然后，记录振荡周期和振荡幅度的变化情况。
接下来，根据振荡周期和振荡幅度的变化规律，调整伺服系统的参数，使其达到峰值。
这时，伺服系统的性能就达到了最佳。
三、根轨迹法根轨迹法是一种基于系统根轨迹的调节方法。
系统根轨迹是系统开环传递函数极点和零点随控制参数变化而形成的轨迹。
通过对系统根轨迹的分析，可以得到系统的稳定性和动态响应性能。
具体实施方法是：首先，对伺服系统的传递函数进行分析，得出伺服系统的根轨迹。
然后，通过根轨迹的分析，得出伺服系统的稳定域和性能范围。
最后，根据性能范围和目标要求，调整伺服系统的参数，使其满足要求。
如果需要更高的性能，可以通过观察根轨迹的变化，得到更优化的调整方法。
四、频率法频率法是一种基于系统频率响应的调节方法。
通过对系统的频率响应进行分析，可以得到伺服系统的稳定性和动态响应性能。
具体实施方法是：首先，对伺服系统进行一次频率响应试验，得到系统的频率响应曲线。
气动伺服控制系统经典校正方法
插孔号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
插孔定义 DGND OUT1 OUT0 CLK2 GATE0 GATE1 DGND AGND VOUT2
插孔号 20 21 22 23 24 25 26 27 28
插孔定义 DGND OUT2 GATE2 CLK1 CLK0 INTIN AGND VOUT3
气缸的进气口接 比例阀的出气口。
注意连接时比例 阀的左侧出气口 接气缸的左侧进 气口、比例阀的 右侧出气口接气 缸的右侧进气口。
气缸进 气口
连接好的气路图
气动系统正常的工作压力在4-6公斤之间，这个压力由气 泵压缩空气产生。
六、实验的要求
1、首先根据给定的数学模型求取原系统 性能指标；
对整个实验过程及结果进行分析总结。
思考题
控制系统的各种经典校正方法各适用于什 么情况？实际应用时如何选择？
五、实验电路和气路的连接
1、实验电路的连接：稳压电源为比例阀、 位置检测装置提供+24V的电压。
电源开关
红色插孔， 电源正端＋ 24V
蓝色插孔， 电源负端0V
数据采集卡接口盒提供系统模拟信号与计算机 之间的信号接口。
数据线，接 计算机
数据采集卡 扩展接口
数据采集卡接口盒插孔定义（模拟输入信号）：
化(上升沿)时。程序举例见软件说明书相应部分。 AGND：模拟地 DGND：数字地
A、比例阀的电气连接：
比例阀的输入端有四 个插头，红色和蓝色 为电源线插头，白色 和黑色为信号线插头。
电源线插头连接到稳压电源上，红色接 ＋24V，蓝色接0V。信号线插头连接到数据 采集卡接口盒上，黑色接10号(VOUT0）插 孔，白色接11号（AGND）插孔。
伺服比例阀工作原理
伺服比例阀工作原理
伺服比例阀是一种通过控制阀芯位置来控制流量和压力的装置。
它由一个电磁比例阀和一个伺服阀组成。
工作原理如下：
1. 电磁比例阀：伺服比例阀的控制信号来自一个电磁比例阀，该阀根据输入的电流信号来控制阀芯的位置。
阀芯位置的改变会改变液压流量和压力。
2. 伺服阀：伺服阀是一个气动机械装置，通过控制插入阀芯的气压来调节阀芯位置。
当电磁比例阀接收到控制信号后，它会产生气压信号，将气压传递给伺服阀。
伺服阀会根据气压信号来调整阀芯的位置。
3. 阀芯位置控制：通过改变阀芯位置，伺服比例阀可以调节液压系统中的流量和压力。
当阀芯位于某个位置时，液压油会通过阀芯的通道流过，从而控制流量。
同时，改变阀芯位置也会影响阀的开口面积，从而调节液压系统中的压力。
4. 反馈控制：伺服比例阀会不断地对阀芯位置进行反馈，以保持阀芯在目标位置。
这个反馈控制可以通过一些传感器来实现，例如位置传感器或压力传感器。
这些传感器会监测阀芯的位置和液压系统中的压力，并将这些信息反馈给伺服比例阀，以进行修正控制。
通过以上的工作原理，伺服比例阀可以精确地控制液压系统中的流量和压力，以满足特定的工作要求。
气动伺服系统试验系统介绍
气动伺服实验系统介绍一、气动系统的特点和应用气动比例伺服控制系统是由电气信号处理部分和气动功率输出部分所组成的闭环控制系统。
气动比例、伺服控制系统与液压比例、伺服控制系统比较有如下特点：1）能源产生和能量储存简单。
2）体积小、重量轻。
3）温度变化对气动比例、伺服机构的工作性能影响很小。
4）气动系统比较安全，不易发生火灾，并且不会造成环境污染。
5）由于气体的可压缩性，气动系统的响应速度低，在工作压力和负载大小相同时，液压系统的响应速度约为气动系统的50倍。
同时，液压系统的刚度约为相当的气动系统的400倍。
6）由于气动系统没有泵控系统，只有阀控系统，阀控系统的效率较低。
阀控液压系统和气动伺服系统的总效率分别为60%和30%左右。
7）由于气体的粘度很小，润滑性能不好。
在同样加工精度情况下，气动部件的漏气和运动副之间的干摩擦相对较大，负载易出现爬行现象。
综合分析，气动控制系统适用于输出功率不大（气动控制系统的极限功率约为4kW），动态性能要求不高，工作环境比较恶劣的高温或低温，并对防火有较高要求的场合。
气动伺服技术的应用领域很广泛，尤其是在机械系统中要求具有可编程功能的运动控制领域，以及没有机械变送装置的线性运动控制领域。
目前已经有应用的领域有：农业、材料加工、包装机械、机械工具、机器人、食品加工等。
早期的应用如Pendar摆放机器人(采用开关阀PWM控制)，近期的有Silsoe研究所研制的自动挤牛奶机，在这里气体的可压缩性或叫柔性己经变成了优点。
Phillip和Festo已经生产出了用于材料装卸和储运的气动伺服机械系统。
由Rexroth-Mannesman生产的气动伺服线性模块已经应用于自动组装系统，如PCB元件的插装，其速度和X-Y坐标的精度都得到了最大限度的利用气动伺服技术。
在一些更高级的领域也有应用，如移动机器人，由Portech生产的机器人专门用于代替人在危险环境中工作，如核装置的拆除、核废料的处理等。
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气动比例、伺服控制
气动比例、伺服控制气动比例、伺服控制概述
气动比例、伺服控制气动比例伺服控制系统是由电气信号处理部分和气动功率输出部分所组成的闭环控制系统。
气动比例、伺服控制系统与液压比例、伺服控制系统比较有如下特点：
1）能源产生和能量储存简单。
2）体积小、重量轻。
3）温度变化对气动比例、伺服机构的工作性能影响很小。
4）气动系统比较安全，不易发生火灾，并且不会造成环境污染。
5）由于气体的可压缩性，气动系统的响应速度低，在工作压力和负载大小相同时，液压系统的响应速度约为气动系统的50倍。
同时，液压系统的刚度约为相当的气动系统的400倍。
6）由于气动系统没有泵控系统，只有阀控系统，阀控系统的效率较低。
阀控液压系统和气动伺服系统的总效率分别为60%和30%左右。
7）由于气体的粘度很小，润滑性能不好。
在同样加工
精度情况下，气动部件的漏气和运动副之间的干摩擦相对较大，负载易出现爬行现象。
综合分析，气动控制系统适用于输出功率不大（气动控制系统的极限功率约为4kW），动态性能要求不高，工作环境比较恶劣的高温或低温，并对防火有较高要求的场合。
气动控制系统的设计步骤
气动控制系统设计计算气动控制系统的设计步骤气动控制系统是由电气信号处理部分和气压功率输出部分所组成的闭环控制系统。
通常，气动控制系统的设计步骤为：
1）明确气动控制系统的设计要求；
2）确定控制方案，拟定控制系统原理图；
3）确定气压控制系统动力元件参数，选择反馈元件；
4）计算控制系统的动态参数，设计校正装置并选择元件。
气动伺服机构举例
气动伺服机构举例如图42.7-1所示，该伺服系统主要由波纹管、放大杠杆、控制滑阀、气缸及反馈机构等组成。
供气压力为0.5MPa，信号压力为0.02～0.1MPa。
图42.7-1 波纹管滑阀式气动伺服系统结构原理图当进入波纹管1的控制信号压力增加时，波纹管1的推力增加，推动杠杆3，带动控制滑阀15向上移动，从而使气缸
下腔压力增加，上腔压力降低，活塞19向上移动，带动摇臂22输出角位移。
这时连在活塞杆上的导槽21也带动正弦机构的摇臂6转动，连在同一转轴7上的凸轮8转向凸轮向径增加的方向。
通过滚轮9把弧形杠杆10推向下转，将反馈弹簧12拉伸，反馈弹簧12对放大杠杆3的拉力随之增加，当反馈弹簧12对放大杠杆3的拉力与波纹管1的推力所产生的力矩相互平衡时，放大杠杆3连同控制滑阀15又回到了原来的平衡位置，整个系统又重新达到了平衡，而此时活塞已上升到相应的高度，气缸两腔所产生的压差与外负载相平衡。
当控制信号压力降低时，动作相反。
（1）建立系统的数学模型
波纹管组件的传递函数式中Tx（s）——波纹管输出力矩的拉氏变换；
Px（s）——波纹管输入压力信号的拉氏变换；
K1=A1l1；
A1——波纹管受力面积；
l1——波纹管中线与支点A的距离。
放大杠杆力矩的传递函数式中T?（s）——反馈弹簧的反馈力矩的拉氏变换；
X（s）——控制滑阀阀芯位移的拉氏变换；
J——放大杠杆的转动惯量（kg·m2）；
l3——控制滑阀与支点A的距离（m）；BK——控制滑阀的粘性阻尼系数（N·s/m）；C?——反馈弹簧刚度（N/m）；
l2——反馈弹簧与支点A的距离（m）；——波纹管组件的增益；。