电液控制技术现状及发展趋势

机电液控制技术的发展趋势

徐松

四川大学制造学院，四川成都 610225

摘要:将近代电液控制与过去电液控制作了对比,并就近代电液控制的几种类型及先进性作了阐述,分析了电液控制系统未来的发展趋势。

关键词:电液控制;集成化;智能化;PID控制;神经网络控制;电流变液

Electro-hydraulic control technology present situation and development trend

XuSong

Sichuan University School of Manucturing Science and Engineering, Sichuan Chengdu 610225

Abstract: nearly DaiDian fluid control electro-hydraulic control made the contrast with the past, and the nearest DaiDian fluid control of several types and advanced in this paper, the future trend of the development of the electro-hydraulic control system are analyzed.

Keyword s: electric hydraulic control; Integration; Intelligent; PID control; Neural network control. Electrorheological fluids

流体传动技术主要包括利用流体(液体和气体)压力和流体动能进行能量传递的液压气动和液力传动技术。很多自动化生产工序,如机床、工程机械、汽车、矿山机械等不用液压元件和系统是难以实现的。随着传感技术、数字开环及闭环控制系统的出现,液压传动已经发展成今天的电液传动技术,基础元件的动态特性和精度取得了极大的改进。如阀、变量泵、传感器和使用高效的数字集成电路,使闭环控制在动态特性和静态精度上显示出极大优势。

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。80年代以来,比例元件的设计原理进一步完善,采用了多种形式的内反馈、动态反馈及电校正等手段,使阀的精度、响应、稳定性都得到了大幅度提高,稳态滞环减小到3%左右,工作频宽可达25Hz。

近年来,计算机的飞速发展带来了控制领域的革命,出现了采用高速开关阀和步进电机拖动的数字式元件,以及以此为基础的

脉宽调制(PWM)型电液控制系统和数字增量控制(IDC)型电液控制系统。它们从抗干扰性和适应复杂环境的能力以及控制方式、控制策略上与传统的电液控制系统有着显著不同,可以称之为近代电液伺服控制。

1液压元件和液压系统的技术现状1．1液压控制阀

液压控制阀按控制方式可分为:开关定值控制阀、伺服控制阀和电液比例阀。

开关定值控制阀:此类阀借助手动、机动、电磁铁和控制压力油等控制方式启闭液流通路,定值控制液流参量

伺服控制阀:此类阀根据输入信号及反馈信号成比例地连续控制液压系统输出的液流参量。伺服控制阀又称为随动阀,具有很高的动态响应和静态性能,但价格昂贵,抗污染能力差,主要用于控制精度要求很高的场合。

电液比例阀:电液比例阀的性能介于二类阀之间,结构较伺服控制阀简单,价格较低且易于维护,它可根据输入的电信号连续地控制液流参量,满足一般工业生产对控制

性能的要求。

1.2液压泵和液压马达

液压泵和液压马达是液压系统中的能量转换设备,前者是把电动机的机械能转换成液压能;后者是把液压能转换成机械能输出,执行所要求的动作。

液压泵的发展趋势朝着高速化方向发展,提高泵的转速的一个技术难点是摩擦副材料的耐磨性能,希望耐磨材料有较高的允许摩擦功。随转速的提高,泵的工作流量将增大。因此,泵的流道必须设计制造的流畅,以保证小的流道阻力,维持较高的运行效率,避免进口气蚀。

为满足一般工业伺服系统精度不高、成本低、工作可靠和维修方便的要求,液压伺服技术发展了电液步进马达和电液比例控制。电液步进马达是一种数字式机电液一体化装置,基本核心是计算机与液压马达的结合。

1.3液压系统的分类和组成

液压传动的设备,无论怎样复杂,总是由一些基本回路和特殊回路组合而成,基本回路是用液压元件组成并能完成特定功能的油路结构。随着现代工业的发展,对液压技术提出了更高的要求,不仅要求基本回路能够完成某项特定功能,还要求它们具有安全可靠、节能、低噪声、无泄漏和维护简单等功能。基本回路和液压元件都在不断增加、演变和趋向更加完善的境界。

液压系统按采用控制阀的性质分类,可分为普通液压传动系统、电液比例系统和电液伺服系统。

普通液压系统中还可以根据它们采用阀的形式分为滑阀型、二通插装阀型、球阀型等。一般的液压系统就是指普通开关式滑阀型的液压系统,由于液压技术的发展,这类系统的阀的安装和组合形式是多种多样的。

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。它的功能是将放大器输出的控制电流信号转换成机械控制信号———力和位移。液压转换及放大元件是各类开关式、比例式或伺服式阀,实际是一个功率放大单元。液压执行元件通常是液压缸或液压马达。测量及反馈元件将执行元件输出的动力参数或其它中间变量加以检测并转换为反馈量(电、液压、机械)反馈到电—机械转换器的输出端。

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。电液控制系统可分为闭环和开环两种,采用闭环控制系统可提高执行元件输出参数的控制精度,或实现特定的控制目标。通常电液伺服控制系统采用闭环控制。由于电液比例控制系统对工作介质清洁度无特殊要求,制造成本低,能量损失低,稳定和动态控制特性足以满足大部分工程控制的要求,因此赢得了比电液伺服系统更为广泛的应用领域。

1.4电液传动系统的介质应用

自从帕斯卡定理发明几百年来,由于液压油具有防锈、润滑性能好、粘度大的优点,得以广泛应用。人们利用矿物油作液压系统的工作介质,创造了一代又一代的由液压油传动与控制的各类主机系统。但是,液压油也给人类带来了生态环境的污染。由于自来水具有无污染,来源广泛,节省能源,安全性,难燃性等特性,是最具潜力的介质。随着各种相关科学的发展,“纯水液压技术”的有关技术难点得到解决。因此如何利用纯水作为高压液压系统的工作介质的课题引起了人们普遍的关注,纯水液压传动的研究已成为当今液压界的一大热点。

纯水具备矿物性液压油所不具备的优点:①纯水价格低廉,来源广泛,无需运输仓储;②泄漏的纯水无需回收,因此无环境污染,同时降低了维护费用,而泄漏的矿物油极易污染环境;③纯水的阻燃性好、安全性好,可在高温环境下安全工作,大大拓宽了液压系统的应用领域;④纯水的压缩系数小,压缩损失比矿物性液压油降低25%左右,可补偿一部分由于泄漏增加而造成的容积损失。