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东北大学机械工程与自动化学院液压与气动研究所 液压比例控制系统 液压比例控制系统 第七章 比例系统的设计以及元件选择 7．1 电液比例控制系统的组成 7．2 电液比例控制系统的控制形式和选择 7．3 电液比例控制系统的设计步骤 7．4 电液比例往复运动的定性分析 7．5 比例元件的选择原则 7．1 电液比例控制系统的组成 一个典型的电液比例控制系统的结构框图如下图所示： 7．1 电液比例控制系统的组成 由图可见，一个比例控制系统包括以下各部分： 1）编程器 编程器是指控制信号的产生和处理单元，其作用是产生给定值，在开环控制下，给给定值与实际反馈值比较后得出差值，作为系统的真正控制信号，然后送到放大器处理。有时它也是比例放大器的内电路的一部分。 2）比例放大器； 3）液压比例元件； 4）液压执行器； 5）检测反馈传感器； 6）控制电源； 7）液压油源。 7．1 电液比例控制系统的组成 由图可见，虚线示为两种可能存在的检测反馈，一种是阀内引出的反馈，构成小闭环；另一种是输出量的实际值反馈，构成大闭环。一般称为闭环控制系统的是后者。前者由阀内引出的内反馈中，最常见的是行程控制型电磁铁驱动的比例阀，这种比例阀带有阀芯位置反馈。另外还有一些称为全程电反馈类型的比例阀，也可能构成小闭环。这类系统一般也只称为开环系统。是否带内闭环控制，所选用的比例放大器是不同的。 在比例系统设计中，需要进行设计的部分，通常是编程器、控制电源、液压源三个部分，其它部分可以通过设计计算选择通用部件。 7．2 电液比例控制系统的控制形式和选择 电液比例系统按实际控制信号产生的方式不同，即采用的编程器的编程方式不同而分成三种控制形式。设计一个比例系统时首先考虑的问题就是控制形式的选择。 1.手动编程控制方式 这种方式也可称为手动比例控制，可以通过手调电位器或者称为操纵杆的电子先导控制元件，人为调节。优点是（1）可以实现遥控；（2）利用比例放大器的自动斜坡发生器的作用，操作变得简单。 2.预编程的过程控制方式 利用预编程的方式，寻求一条理想的过程控制特性曲线，曲线上的每一稳态值对应一个可调电阻值，其过渡过程是通过斜坡发生器。 7．2 电液比例控制系统的控制形式和选择 对不同的过程控制，只在信号处理的编程器部分有所不同，而比例电控器的基本组成是相似的。通过电阻来设参数变化，故体积小，简单方便，简化了液压回路，虽然控制精度不很高，但满足大多数工业应用要求。 3.自编程控制方式 自编程控制是指带实际值反馈的闭环控制，利用闭环控制，使系统对外界干扰变得不敏感，故控制精度得到提高。在这种控制方式中，传感器的选用和电子线路对系统工作质量起到关键作用。目前这类系统的设计主要参照伺服系统的设计理论来进行，或者通过数字仿真来准确的计算。 7．3 电液比例控制系统的设计步骤 手动编程控制系统设计比较简单，其性能与手动操纵的方式由直接关系。下面主要介绍预编程控制方式下的比例系统的设计。 电液比例控制系统介乎常规的液压传动系统与电液伺服系统之间，从控制特性看与伺服控制系统相近，但由于比例元件的固有特性，例如死区，往往在大信号的输入下工作，抗污染性方面又与开关系统相近。因此，比例系统的设计应针对不同的工况进行。对精度要求较高的系统，可以参照伺服系统的设计方法。对一般精度的系统，可以在考虑到动态性能的基础上按传动系统的设计方法设计。对动态系统没有特殊要求的比例系统，其动态性性能可以不做特别考虑，在实际调试过程中可以通过斜坡时间来调整，从而获得较满意的动态特性。 7．2 电液比例控制系统的控制形式和选择 电液比例控制系统的设计步骤如下： （1）进行工矿分析，明确设计依据。准确地对设计任务进行分析和描述，对比例系统的设计师十分重要的，若能预先准确地提出任务，才能在设计开始时就能确定最佳方案。 （2）确定传动与控制系统的方案； （3）进行设计计算，确定系统的性能参数及元件性能参数； （4）根据设计计算结果选择比例元件，并对重要的技术性能和参数验算； （5）绘制工作图。 要设计好一个比例控制回路，除了要掌握元件性能方面的知识外，还应注意到系统设计方面的一些原则问题，如： 7．2 电液比例控制系统的控制形式和选择 （1）快速往返运动时要尽量提高系统的固有频率； （2）系统的速度控制范围，以及与时间相关的制动极限。质量、速度、压力、黏度变化对系统性能参数的影响。 （3）是否采用压力补偿，是采用进口还是出口压力补偿方式，采用压力补偿后对总压力的影响问