比例液压位置控制系统的设计与分析

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h r ul osto sm p ii s h s s e a i s r t r . M e ntme, i l o e ps o nh n e ys e tc yd a i p iin i lfe t e y t m tc t uc u e c a i t s h l t e a c s t 的设计
随着现代工 业 的飞速发 展 ,电液 比例技 术 已广 泛应用 于精度 要求较 高 的机械 加工 、冶金 和装备 制造等 行业. 在这些行 业 中 ,很 多液压 设备 都需要 实现精 确 的位 置 控制 ,以获 得精 密 的 工件 和完 成 精 细 的工作 ,
[] 吴 昌海 ,谢 乐 添 .比例 液 压 技 术 在 2 进 梁改 进 中 的应 用 口] 2 步 .液 压气 动 与 密封 ,2 1 , (2 :4 — 5. 00 1 ) 9 0 [] 王 春 行 . 液 压 控 制 系 统 [ . 北 京 :机械 工 业 出版 社 ,2 1. 3 M] 01 [] 刘 保 杰 ,强 宝 民 ,权 辉 . 电液 比例 位 置 控 制 系 统 建模 与仿 真 f] 液压 气 动 与 密 封 ,2 1 , (1 :4 — 4 4 J. 01 1) 5 8
f c i nd pe f r a c . un ton a ro m n e
Ke o d :p op r i n;hy r ulc osto on r l y t m y W r s r o to d a i ;p ii n c t o ;s s e
( 稿 人 马 文 龙 ,责 任 编 辑 审

械设备 上工作 部件 的运动方 向 ,而且 可对其作 用力 和运动速度 进行 无级调 节. 此外 ,还可 以对相应 的时问 过程 ( 例如在一 段时 间 内流 量 、 速度 或减速 度的变化 等) 加 进行 连续调 节.
参考 文献 :
[] 田小 燕 ,徐 诗辉 .电 液 比例 液 压 系 统 在 车辆 冷 却 风 扇 上 的 应 用 E3 1 J.液 压与 气 动 ,2 1 ,( 1 :13 14 0 1 1) 1 — 1 .
图1 开关控制液压系统图
收 稿 日期 :2 1— 1— 2 O1 2 O 作 者 简 介 :冯 文 涛 (9 8 ,男 ,辽 宁铁 岭 市 人 ,副 教 授 ,主 要从 事液 压 技 术 教 学研 究 . 16 一)
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辽 宁 师专 学报
21 0 2年 第 1 期
这是 一个 常见 的进 口节 流调 速位置 控制 系统. 当 1 T通 电 时 ,液 压 油 经换 向阀左 位 进入 液压 缸 的无 D 杆腔 ,其 速度决 定于被 选 中的调 速 阀的开 口面积.选 中的调速 阀 由 3 T 和 n T是 否通 电来 决定 .若要 实 D D
中图 分 类 号 :TH1 7 3 文献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1 0 —5 8 ( 0 2 0 —0 8 —0 0 8 6 82 1 )1 0 5 2
流体 传动及 控制技 术 已经 成 为工业 自动化 的重要技 术 ,是机 电一 体化 技术 的核 心组成 之一. 而 电液 比 例控制 是该 门技 术 中最 具生命 力 的一个 分支. 电液 比例 位置控 制 系统 的基 本要 求是 系统 能快速 、平 稳而 准 确地 到达给定位 置 ,即要求定 位精 度高 、时 间短 、超调 小 、可靠性 高及抗 干扰 能力 强.传 统 的控 制技术 虽 也能满 足上述要 求 ,但 系统往 往结 构复 杂 ,成本 高.
现双 向位置调 节 ,且 可 以扩展 到对多个 执行 器分别进 行调控 ,最终 达到 给定位 置.
图2 电液 比例 位 置控 制 系统 构 成 图
3 比例 液压 位 置控制 系统 的分 析
闭环 控制 系统按照 它所控 制 的物理参 数 ,可 分为 电液 比例位 置控制 系统 、电液 比例 速度控制 系统 、电 液 比例加 速度控 制系统 和 电液 比例 力 ( 力) 压 控制 系统[ .本 文所 进行 的工作是 基 于 电液 比例换 向阀控液 压 5 ] 缸 的 闭环位 置控 制 系统 的性 能分 析. 由图 2可知位 移传 感器将 液 压缸 活 塞杆 输 出 的位移 反馈 信号 经 A/ D 模 数转换 器转换 为数字 信号送 入计 算机 ,在计算 机 内与 给定信号 进行 比较 ,并按 设定 的控制算 法计算 后输 出控制信 号 ,经 D A数 模转换 器转 换为模 拟信号 并经放 大器 放大 后 控制 电液 比例 阀的 阀芯位 置 ,从 而控 / 制液压缸 内流量 输送 ,驱动 液压 缸 ,实 现带 负载活塞 的位置控 制.整个 系 统构成 闭环 控制 ,从而实 现具有 良好控 制特性 的精确定 位 .比例控制 技术基 本工作 原理是根 据输入 电信 号 电压值 的大 小 ,通过 放大 器将 ] 该 输入 电压信号 ( O +1 之 间) 一1 ~ 0V 转换成 相应 的电流 信号 .这 个 电流 信 号作 为 输入 量 被送 人 比例 电磁 铁 ,从 而产生 和输入信 号成 比例 的输 出量—— 力或位移 .该力 或位移 又作 为输入 量加 给 比例 阀,后 者产生 个与 前者成 比例 的流量 或压力 .通过 这样 的转换 ,一个输入 电压信 号 的变化 ,不但 能控 制执行组 件和机
件 的运动参数 和动 力参数 ,拟 定方 案 ,选 择元件 ,绘 制 系统工作 原理 图 ,建立 数学 模型 ,进行 静 态和动 态 分 析及校核 .工程 上采用 频率 法设 计 电液 比例控制 系 统 ,是一种试 探 法. 根 据技 术 要 求设 计 出 系统 以后 , 需 要检查所 设计 的系统 是否满 足全 部性 能指 标.如 不 能 满足 ,可 以通 过调整参 数 或改变 系统 结构 ( 即补偿 ) 等方 法 ,重复设计 过程 ,直 至满 足要求 为止 . 因为设 计是 试探性 的 ,所 以设计 方 法具有 很 大 的灵 活性 . ] 图 1为采用 开关控 制 的液压 系统 .
而采用 电液 比例 阀组 成 的闭环控 制 系统就 能够很好 的实现 精确位 置控 制 . 进 行 电液 比例控 制液 压系 统的设 计 ,首先要 明确 产 品的生产 过程 和工艺 对 电液 比例控 制 系 统 的要 求 ,
确定 电液 比例控制 系统 的工况 和特 点 ,估 算各 执行元
FEN G e t W ao
( ei g No ma o lg , e i g Lio i g 1 2 0 ) Til r lC l e Ti l a n n 1 0 0 n e n Ab t a t s r c :Co p r d wi wi h c n r ls s e ,d sg n n l ss o o t o y t m fp o o to m a e t s t o t o y t m h c e i n a d a a y i n c n r ls s e o r p r i n
第1卷第1 4 期
2012 3月 年
辽 宁 师专 学 报
J u n l fLio i gTe c e sC l g o r a a n n a h r o l e o e
VO .14NO 1 .1 M al.20 12 l "
【 用研 究】 应
比例 液 压位 置 控 制 系统 的设 计 与 分 析
冯 文 涛
(铁 岭 师 专 ,辽 宁 铁 岭 1 2 0 ) 1 00

要 :对 比例 液压 位 置 控 制 系统 进 行 设 计 与分 析 , 相 比较 于 开关 控制 系统 , 既 简化 了 系 统结 构 , 同时 又
使 系 统功 能、 性 能 大 大增 强. 关 键 词 :比 例 ; 液压 ;位 置 控 制 ; 系统
现多级 调速 ,则 要求 调速 阀的个 数与速 度 的级 数相 同_ .速度 通过调节 节流 口的面积来 预置. 速度 的换 向 4 ]
利用行 程开关发 出信 号进行转 换 .反 向时 2 T通 电 ,液 压缸 快 速返 回. 该 回路 只 能实 现 正 向的有 级调 速 D 和 限位.这种 控制方 式不具 备计 算机 自动控制 的条件 ,且 只能 实现有 限个 位置控 制 ,不能 随机定位 . 图 2为 电液 比例 位置控 制 系统计算 机控 制框 图 ,由图 2可知 比例 调速 阀 的输 出流 量与 给定输入 电压成 正 比 ,方 向则 取决 于 1 DT或 2 T 中哪 只 电磁铁 通 电. 通过 改 变 给定 信 号 的 大小 可 以方便 地 实 现位 置 控 D 制 ,与前 面的开关控 制 比较 ,系统功 能增加 了 ,性 能也 更好 ,但结构 却 大为简化 . 由图可见 ,系统 容易实
[] 贺鹏 . 电 液 比例 速 度 控制 系统 的设 计 及 特 性 研 究 [ ] 昆 明 :昆 明理 工 大 学 ,2 0 . 5 D. 02
[] 王 占林 . 近 代 液 压控 制 [ . 北 京 :机 械 工业 出版 社 ,1 9. 6 M] 97
De i n a d a a y i n c n r ls s e f p o o to d a lc p s to sg n n l s s o o t o y t m o r p r i n hy r u i o ii n
1 液 压传动及 电液 比例控 制技 术简述
随着机 电一体化 的进 程不 断加快 ,技术 装备 的工作精 度 、响 应速度 和 自动化程 度 不断提 高 ,因此 对液 压控 制技术 的要求也 越来 越高. 目前 ,液压 控制 技 术具 有 了更 广泛 的 内容 ,包 括 P D 控 制技 术 、 自适 应 I 技术 、最优控 制技术 、鲁 棒控制 技术 、神 经 网络控 制技术 等 ,其 应用 已经从 传统 的机 械操纵 、助力装 置等 领 域开始 向高 、新 、尖技 术领域 发展 .现代 控制 理论 、模 糊控制 理论 的发展 和应 用 ,计算机 控制技 术 的逐 步 完善和普 及 ,集 成传感 技术 的飞速 发展 ,为将 电子技术 与液压 技术 结合 起来应 用 到液压控 制 中创 造 了 良 好 的契机 ,使得技 术装备 的工 作可靠 性 、控制精 度 、响应 速度及 自动 化程 度大 大提 高 . 目前 ,电液 比例控 制技术 正在 与新 的控制策 略 紧密结 合 ,表现 出强大 的技 术优 势. 电液 比例 阀是 电液 比例控制 系统 的关 键部 件 ,它可 以按给定 的输入 信号连 续按 比例地 控制油 液 的压力 、流量 和方 向等 ,同时 具 有压力 补偿性 能 ,其 输 出压 力 、流量 等不受 负载变化 的影 响 ,能 防止 压力 和速度 变化 与换 向时发生 冲击 现象 ,实现对执 行器 的位置 、速 度和压 力 的 自动控 制 ,简化 系统 ,减少 元件 的使用 数量 .
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