液壓伺服和電液比例控制技術

1、 液壓伺服控制和電液比例控制技術是液壓液壓伺服控制和電液比例控制技術是液壓 傳動學科的一個重要組成部分，近幾年來傳動學科的一個重要組成部分，近幾年來 已發(fā)展稱為相對獨立的分支。已發(fā)展稱為相對獨立的分支。 其控制精度和相應的快速性遠遠高于普通其控制精度和相應的快速性遠遠高于普通 的液壓傳動系統(tǒng)。的液壓傳動系統(tǒng)。 液壓伺服控制是液壓伺服控制是以液壓伺服閥為核心以液壓伺服閥為核心 的高精度控制系統(tǒng)。液壓伺服閥是一的高精度控制系統(tǒng)。液壓伺服閥是一 種通過改變輸入信號，連續(xù)、成比例種通過改變輸入信號，連續(xù)、成比例 的控制流量和壓力進行液壓控制的控的控制流量和壓力進行液壓控制的控 制方式。制方式。 根據(jù)輸

2、入信號的方式不同，根據(jù)輸入信號的方式不同，又分為電又分為電 液伺服閥和機液伺服閥。液伺服閥和機液伺服閥。 電液伺服閥電液伺服閥是電液伺服系統(tǒng)中的放大轉換是電液伺服系統(tǒng)中的放大轉換 元件，它把輸入的小功率電流信號，轉換元件，它把輸入的小功率電流信號，轉換 并放大成液壓功率（負載壓力和負載流量）并放大成液壓功率（負載壓力和負載流量） 輸出，實現(xiàn)執(zhí)行元件的位移、速度、加速輸出，實現(xiàn)執(zhí)行元件的位移、速度、加速 度及力控制。度及力控制。 電液伺服閥電液伺服閥電液伺服系統(tǒng)的核心元件，其電液伺服系統(tǒng)的核心元件，其 性能對整個系統(tǒng)的特性有很大影響。性能對整個系統(tǒng)的特性有很大影響。 電液伺服閥的組成電液伺服閥的

3、組成 電液伺服閥電液伺服閥通常通常由由電氣電氣- -機械轉換裝置、液機械轉換裝置、液 壓放大器和反饋（平衡）機構壓放大器和反饋（平衡）機構三部分組成三部分組成。 （1）電氣）電氣- -機械轉換裝置機械轉換裝置用來將輸入的電用來將輸入的電 信號轉換為轉角或直線位移輸出。信號轉換為轉角或直線位移輸出。 輸出轉角的裝置稱為力矩馬達，輸出直線輸出轉角的裝置稱為力矩馬達，輸出直線 位移裝置稱為力馬達。位移裝置稱為力馬達。 （2 2）液壓放大器）液壓放大器接受小功率的電氣接受小功率的電氣- -機械機械 轉換裝置輸入的轉角或直線位移信號，對轉換裝置輸入的轉角或直線位移信號，對 大功率的壓力油進行調節(jié)和分配，

4、實現(xiàn)控大功率的壓力油進行調節(jié)和分配，實現(xiàn)控 制功率的轉換和放大。制功率的轉換和放大。 （3 3）反饋與平衡機構）反饋與平衡機構使電液伺服閥輸出的使電液伺服閥輸出的 流量或壓力獲得與輸入電信號成比例的特流量或壓力獲得與輸入電信號成比例的特 性。性。 如圖所示，上半部如圖所示，上半部 分為電氣機械轉分為電氣機械轉 換裝置，即力矩馬換裝置，即力矩馬 達，下半部分為前達，下半部分為前 置級（噴嘴擋板）置級（噴嘴擋板） 和主滑閥。和主滑閥。 當無電流信號輸入當無電流信號輸入 時，力矩馬達無力時，力矩馬達無力 矩輸出，與銜鐵矩輸出，與銜鐵5 5固固 定在一起的擋板定在一起的擋板9 9處處 于中位，主滑閥閥

5、于中位，主滑閥閥 芯亦處于中（零）芯亦處于中（零） 位。位。 電液伺服閥的工作原理電液伺服閥的工作原理 液壓泵輸出的油液以液壓泵輸出的油液以 壓力壓力p ps s進入主滑閥閥進入主滑閥閥 口，因閥芯兩端臺肩口，因閥芯兩端臺肩 將閥口關閉，油液不將閥口關閉，油液不 能進入能進入A,BA,B口，但經(jīng)固口，但經(jīng)固 定節(jié)流孔定節(jié)流孔1010和和1313分別分別 引到噴嘴引到噴嘴8 8和和7 7，經(jīng)噴，經(jīng)噴 射后，液流流回油箱。射后，液流流回油箱。 由于擋板處于中由于擋板處于中 位，兩噴嘴與擋位，兩噴嘴與擋 板的間隙相等，板的間隙相等， 因而油液流經(jīng)噴因而油液流經(jīng)噴 嘴的液阻相等，嘴的液阻相等， 則噴嘴

6、前的壓力則噴嘴前的壓力 p p1 1與與p p2 2相等，主相等，主 滑閥閥芯兩端壓滑閥閥芯兩端壓 力相等，閥芯處力相等，閥芯處 于中位。于中位。 若線圈輸入電流，控制若線圈輸入電流，控制 線圈中將產(chǎn)生磁通，使線圈中將產(chǎn)生磁通，使 銜鐵上產(chǎn)生磁力矩。銜鐵上產(chǎn)生磁力矩。 當磁力矩為順時針方向當磁力矩為順時針方向 時，銜鐵將連同擋板一時，銜鐵將連同擋板一 起繞彈簧管中的支點順起繞彈簧管中的支點順 時針偏轉。時針偏轉。 圖中左噴嘴圖中左噴嘴8的間隙減小，的間隙減小， 右噴嘴右噴嘴7的間隙增大，即的間隙增大，即 壓力壓力 p1增大，增大，p2減小，減小， 主滑閥閥芯向右運動主滑閥閥芯向右運動， 開啟閥

7、口，開啟閥口，ps與與B相通相通A 與與T相通。相通。 在主滑閥閥芯向右運動的同時，通過擋板下端的在主滑閥閥芯向右運動的同時，通過擋板下端的 彈簧管彈簧管1111反饋作用使擋板逆時針方向偏轉，使左反饋作用使擋板逆時針方向偏轉，使左 噴嘴噴嘴9 9的間隙增大，右噴嘴的間隙增大，右噴嘴7 7的間隙減小，于是壓的間隙減小，于是壓 力力p p1 1減小，減小，p p2 2增大。增大。 當主滑閥閥芯向右移到當主滑閥閥芯向右移到 某一位置，又兩端壓力某一位置，又兩端壓力 差差(p(p1 1-p-p2 2) )形成的形成的液壓力液壓力 通過反饋彈簧桿作用在通過反饋彈簧桿作用在 擋板上的力矩、噴嘴液擋板上的力

8、矩、噴嘴液 流壓力作用在擋板上的流壓力作用在擋板上的 力矩以及彈簧管的反力力矩以及彈簧管的反力 矩之和與力矩馬達產(chǎn)生矩之和與力矩馬達產(chǎn)生 的電磁力矩相等時的電磁力矩相等時，主，主 滑閥閥芯受力平衡，滑閥閥芯受力平衡，穩(wěn)穩(wěn) 定在一定的開口下工作。定在一定的開口下工作。 顯然，改變輸入電流大小，可成比例的調節(jié)顯然，改變輸入電流大小，可成比例的調節(jié) 電磁力矩，從而得到不同的主閥開口大小。電磁力矩，從而得到不同的主閥開口大小。 若改變輸入電若改變輸入電 流的方向，主流的方向，主 滑閥閥芯反向滑閥閥芯反向 位移，可實現(xiàn)位移，可實現(xiàn) 液流的反向控液流的反向控 制。制。 圖圖8 -1所示電液伺服閥的主滑閥閥

9、芯的最終所示電液伺服閥的主滑閥閥芯的最終 工作位置是通過擋板彈性反力反饋作用達工作位置是通過擋板彈性反力反饋作用達 到平衡的，因此稱之為到平衡的，因此稱之為力反饋式力反饋式。 除力反饋式以外，伺服閥還有除力反饋式以外，伺服閥還有位置反饋，位置反饋， 負載反饋，負載壓力反饋負載反饋，負載壓力反饋等。等。 液壓放大器的結構形式液壓放大器的結構形式 電液伺服閥的液壓放大器常用的形式有滑閥，射流管和電液伺服閥的液壓放大器常用的形式有滑閥，射流管和 噴嘴擋板三種。噴嘴擋板三種。 根據(jù)滑閥的控制邊數(shù)，滑閥的控制形式有單邊，雙邊和四根據(jù)滑閥的控制邊數(shù)，滑閥的控制形式有單邊，雙邊和四 邊三種邊三種 其中單邊和

10、雙邊的控制式只用于控制單出桿液壓缸；四邊其中單邊和雙邊的控制式只用于控制單出桿液壓缸；四邊 控制式既可控制單出桿液壓缸，也可控制雙出桿液壓缸，控制式既可控制單出桿液壓缸，也可控制雙出桿液壓缸， 四邊控制式因控制性能好，用于精度和穩(wěn)定性要求較高的四邊控制式因控制性能好，用于精度和穩(wěn)定性要求較高的 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 根據(jù)滑閥閥芯在中位時閥口的根據(jù)滑閥閥芯在中位時閥口的預開口量預開口量不不 同，滑閥又分為負開口（正遮蓋），零開同，滑閥又分為負開口（正遮蓋），零開 口（零遮蓋）和正開口（負遮蓋）三種形口（零遮蓋）和正開口（負遮蓋）三種形 式式 如圖如圖8-38-3所示。負開口在閥芯開啟時存在一所示。負開口

11、在閥芯開啟時存在一 個死區(qū)且流量特性為非線性，因此很少采個死區(qū)且流量特性為非線性，因此很少采 用；正開口在閥芯處于中位時存在泄露且用；正開口在閥芯處于中位時存在泄露且 泄露較大，所以一般不用于大功率控制場泄露較大，所以一般不用于大功率控制場 合，另外，它的流量增益也是非線性的。合，另外，它的流量增益也是非線性的。 零開口結構性能最好，應用最廣，但完全零開口結構性能最好，應用最廣，但完全 的零開口在工藝上是難以達到的，因此實的零開口在工藝上是難以達到的，因此實 際的零開口允許小于際的零開口允許小于0.025mm 0.025mm 的微小開的微小開 口量偏差?？诹科?。 4.伺服閥的性能與特點伺服閥

12、的性能與特點 如圖，零開口四邊滑閥。圖示位置閥芯向右偏移，閥如圖，零開口四邊滑閥。圖示位置閥芯向右偏移，閥 口口1和和3開啟，開啟，2和和4關閉。關閉。 壓力油源壓力油源pp經(jīng)閥口經(jīng)閥口1通往液壓缸，回油經(jīng)閥口通往液壓缸，回油經(jīng)閥口3回油箱?；赜拖?。 優(yōu)點：優(yōu)點：伺服閥控制精度高，伺服閥控制精度高， 響應速度快，響應速度快，特別是電液特別是電液 伺服系統(tǒng)易實現(xiàn)計算機控伺服系統(tǒng)易實現(xiàn)計算機控 制。制。 在工業(yè)自動化設備、航空、在工業(yè)自動化設備、航空、 航天、冶金和軍事裝備中航天、冶金和軍事裝備中 得到廣泛應用。得到廣泛應用。 缺點：缺點：伺服閥加工工藝復伺服閥加工工藝復 雜，對油液污染敏感，成雜

13、，對油液污染敏感，成 本高，維護保養(yǎng)困難。本高，維護保養(yǎng)困難。 電液伺服系統(tǒng)通過電氣傳動方式，將電氣電液伺服系統(tǒng)通過電氣傳動方式，將電氣 信號輸入系統(tǒng)，來操縱有關的液壓控制元信號輸入系統(tǒng)，來操縱有關的液壓控制元 件動作，控制液壓執(zhí)行元件使其跟隨輸入件動作，控制液壓執(zhí)行元件使其跟隨輸入 信號動作。其信號動作。其電液兩部分之間都采用電液電液兩部分之間都采用電液 伺服閥作為轉換元件。伺服閥作為轉換元件。 機械手手臂伸機械手手臂伸 縮電液伺服系縮電液伺服系 統(tǒng)。統(tǒng)。 手臂移動的行程決定于脈沖的數(shù)量，速手臂移動的行程決定于脈沖的數(shù)量，速 度決定于脈沖的頻率。度決定于脈沖的頻率。 電液比例控制是介于普通液

14、壓閥的開關式電液比例控制是介于普通液壓閥的開關式 控制和電液伺服控制之間的控制方式。它控制和電液伺服控制之間的控制方式。它 能實現(xiàn)對液流壓力和流量連續(xù)地、按比例能實現(xiàn)對液流壓力和流量連續(xù)地、按比例 地跟隨控制信號而變化。因此，它的控制地跟隨控制信號而變化。因此，它的控制 性能優(yōu)于開關式控制，它與電液伺服控制性能優(yōu)于開關式控制，它與電液伺服控制 相比，其控制精度和響應速度較低，但它相比，其控制精度和響應速度較低，但它 的成本低，抗污染能力強。的成本低，抗污染能力強。 近年來在國內(nèi)外得到重視，發(fā)展較快，電近年來在國內(nèi)外得到重視，發(fā)展較快，電 液比例控制的核心元件式電液比例閥，簡液比例控制的核心元件

15、式電液比例閥，簡 稱比例閥。本節(jié)主要介紹常用的電液比例稱比例閥。本節(jié)主要介紹常用的電液比例 閥及其應用。閥及其應用。 電液比例控制閥電液比例控制閥由常用的人工調節(jié)或開關控制的由常用的人工調節(jié)或開關控制的 液壓閥液壓閥加上電機械比例轉換裝置加上電機械比例轉換裝置構成構成。常用的。常用的 電機械比例轉換裝置是有一定性能要求的電磁電機械比例轉換裝置是有一定性能要求的電磁 鐵，它能把電信號按比例地轉換成力或位移，對鐵，它能把電信號按比例地轉換成力或位移，對 液壓閥進行控制。液壓閥進行控制。 在使用過程中，電液比例閥可以按輸入的電氣信在使用過程中，電液比例閥可以按輸入的電氣信 號連續(xù)地、按比例地對油液的

16、壓力、流量和方向號連續(xù)地、按比例地對油液的壓力、流量和方向 進行遠距離控制，進行遠距離控制，比例閥一般都具有壓力補償性比例閥一般都具有壓力補償性 能能，所以，所以它的輸出壓力和流量可以不受它的輸出壓力和流量可以不受 負載變化的影響。負載變化的影響。 電液比例控制閥電液比例控制閥被廣泛地應用于對液被廣泛地應用于對液 壓參數(shù)進行連續(xù)、遠距離控制或程序壓參數(shù)進行連續(xù)、遠距離控制或程序 控制，但對控制精度和動態(tài)特性要求控制，但對控制精度和動態(tài)特性要求 不太高的液壓系統(tǒng)中。不太高的液壓系統(tǒng)中。 根據(jù)用途和工作特點的不同，比例閥可以根據(jù)用途和工作特點的不同，比例閥可以 分為分為比例壓力閥比例壓力閥（如比例

17、溢流閥、比例減（如比例溢流閥、比例減 壓閥等）、壓閥等）、比例流量閥比例流量閥（如比例調速閥）（如比例調速閥） 和和比例方向閥比例方向閥（如比例換向閥）等三類。（如比例換向閥）等三類。 電液比例換向閥不僅能控制方向，還有控電液比例換向閥不僅能控制方向，還有控 制流量的功能。制流量的功能。而比例流量閥僅僅是用比而比例流量閥僅僅是用比 例電磁鐵來調節(jié)節(jié)流閥的開口。例電磁鐵來調節(jié)節(jié)流閥的開口。 由壓力閥由壓力閥1 1和移動式力馬達和移動式力馬達2 2兩部分組成，當力馬達的線圈中通兩部分組成，當力馬達的線圈中通 入電流入電流I I時，推桿通過鋼球時，推桿通過鋼球4 4，彈簧，彈簧5 5把電磁推力傳給錐

18、閥把電磁推力傳給錐閥6 6。推。推 力的大小與電流力的大小與電流I I成比例，成比例， 電磁力電磁力F FKIKI pApA = KI = KI，p=KI/Ap=KI/A （A A為錐閥芯有效承壓面積）為錐閥芯有效承壓面積） 比例電磁鐵代替了調節(jié)彈簧手柄。當輸入一個電信號電流時，比例電磁鐵代替了調節(jié)彈簧手柄。當輸入一個電信號電流時， 比例電磁鐵產(chǎn)生一個相應的電流比例電磁鐵產(chǎn)生一個相應的電流I I，成比例的電磁力，成比例的電磁力F F。 電液比例壓力閥電液比例壓力閥 當閥進油口當閥進油口p p處作用在錐閥上的液壓力超過處作用在錐閥上的液壓力超過 彈簧力時，錐閥打開，油液通過閥口由出彈簧力時，錐閥

19、打開，油液通過閥口由出 油口排出，這個閥的閥口開度是不影響油口排出，這個閥的閥口開度是不影響 電磁推力的，電磁推力的，但當通過閥口的流量變化時，但當通過閥口的流量變化時， 由于閥座上的小孔由于閥座上的小孔d d處壓差的改變以及穩(wěn)態(tài)處壓差的改變以及穩(wěn)態(tài) 液動力的變化等，被控制的油液壓力依然液動力的變化等，被控制的油液壓力依然 會有一些改變。會有一些改變。 圖圖8-6所示為所示為直動式壓力閥直動式壓力閥，它可以直接使，它可以直接使 用，也可以用來作為先導閥以組成先導式用，也可以用來作為先導閥以組成先導式 的比例溢流閥，比例減壓閥和比例順序閥的比例溢流閥，比例減壓閥和比例順序閥 等元件。等元件。 電

20、液比例換向閥電液比例換向閥 電液比例換向閥一般電液比例換向閥一般由電液比例減壓閥和由電液比例減壓閥和 液動換向閥組合而成液動換向閥組合而成，前者作為先導級，前者作為先導級,以以 其出口壓力來控制液動換向閥的正反向開其出口壓力來控制液動換向閥的正反向開 口量的大小，從而控制液流的方向和流量口量的大小，從而控制液流的方向和流量 的大小。的大小。 電液比例換向器的工作原理電液比例換向器的工作原理 如圖如圖8-7所示，所示， 先導級電液比例減壓閥由兩先導級電液比例減壓閥由兩 個比例電磁鐵個比例電磁鐵2，4和閥芯和閥芯3 等組成等組成 當輸入電流信號給電磁鐵當輸入電流信號給電磁鐵2 時，閥芯被推向右移，

21、供油時，閥芯被推向右移，供油 壓力壓力p經(jīng)右邊閥口減壓后，經(jīng)右邊閥口減壓后， 經(jīng)通道經(jīng)通道a,b反饋至閥芯反饋至閥芯3的右的右 端，與電磁鐵端，與電磁鐵2的電磁力相的電磁力相 平衡。因而減壓后的壓力與平衡。因而減壓后的壓力與 供油壓力大小無關，而只與供油壓力大小無關，而只與 輸入電流信號的大小成比例。輸入電流信號的大小成比例。 減壓后的油液經(jīng)過減壓后的油液經(jīng)過 通道通道a,ca,c作用在換作用在換 向閥閥芯向閥閥芯5 5的右端，的右端， 使閥芯左移，打開使閥芯左移，打開 與的連通閥口與的連通閥口 并壓縮左端的彈簧，并壓縮左端的彈簧， 閥芯閥芯5 5的移動量與的移動量與 控制油壓的大小成控制油壓

22、的大小成 正比，即閥口的開正比，即閥口的開 口大小與輸入電流口大小與輸入電流 信號成正比信號成正比 液動換向閥的端蓋上裝有節(jié)流閥調節(jié)螺釘液動換向閥的端蓋上裝有節(jié)流閥調節(jié)螺釘1 1和和6 6， 可以根據(jù)需要分別調節(jié)換向閥的換向時間，此外，可以根據(jù)需要分別調節(jié)換向閥的換向時間，此外， 這種換向閥也和普通換向閥一樣，這種換向閥也和普通換向閥一樣，可以具有不可以具有不 同的中位機能。同的中位機能。 電液比例控制系統(tǒng)電液比例控制系統(tǒng)由電子放大及校正單元、電液由電子放大及校正單元、電液 比例控制元件、執(zhí)行元件及液壓源、工作負載及比例控制元件、執(zhí)行元件及液壓源、工作負載及 信號檢測處理裝置等組成。信號檢測處

23、理裝置等組成。 按有無執(zhí)行元件輸出參數(shù)的反饋形式分為閉環(huán)控按有無執(zhí)行元件輸出參數(shù)的反饋形式分為閉環(huán)控 制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。 最簡單的電液比例控制系統(tǒng)是采用比例壓力閥、最簡單的電液比例控制系統(tǒng)是采用比例壓力閥、 比例流量閥來替代普通液壓系統(tǒng)中的多級調壓回比例流量閥來替代普通液壓系統(tǒng)中的多級調壓回 路或多級調速回路。路或多級調速回路。 這樣不僅簡化了系統(tǒng)，而且可實現(xiàn)復雜的程序控這樣不僅簡化了系統(tǒng)，而且可實現(xiàn)復雜的程序控 制及遠距離信號傳輸，便于計算機控制。制及遠距離信號傳輸，便于計算機控制。 圖圖8-88-8所示為電液比例壓力閥用于鋼帶冷軋卷取機的所示為電液比例壓力閥用于鋼

24、帶冷軋卷取機的 液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)。 軋機對卷取機構的要求是：軋機對卷取機構的要求是：當鋼帶不斷從軋輥下軋當鋼帶不斷從軋輥下軋 制出來時，卷取機應以恒定的張力將其卷起來。制出來時，卷取機應以恒定的張力將其卷起來。 為了實現(xiàn)這一要求，就必須在鋼帶卷半徑變化時為了實現(xiàn)這一要求，就必須在鋼帶卷半徑變化時 保證張力恒定不變，要保證張力不隨鋼帶卷半徑保證張力恒定不變，要保證張力不隨鋼帶卷半徑 變化，必須使液壓馬達的進口壓力變化，必須使液壓馬達的進口壓力p p隨的增大而隨的增大而 成比例地增加。成比例地增加。 為此，在該系統(tǒng)進行軋制工作時，先給定一個張力值儲存于為此，在該系統(tǒng)進行軋制工作時，先給定一個張力

25、值儲存于 電控制器內(nèi)，而在軋輥與卷筒之間安裝一張力檢測計，將檢電控制器內(nèi)，而在軋輥與卷筒之間安裝一張力檢測計，將檢 測的實際張力值反饋與給定張力值進行比較，當比較得到的測的實際張力值反饋與給定張力值進行比較，當比較得到的 偏差值達到某一限定值時，電控制器輸入比例壓力閥的電流偏差值達到某一限定值時，電控制器輸入比例壓力閥的電流 變化一個相應值，使控制壓力變化一個相應值，使控制壓力p p改變，于是液壓馬達的輸出改變，于是液壓馬達的輸出 轉矩及張力作相應的改變，使偏差消失或減小。轉矩及張力作相應的改變，使偏差消失或減小。 在軋機的實際工作中，隨著鋼帶卷半徑的增大，在軋機的實際工作中，隨著鋼帶卷半徑的

26、增大， 實際張力減小，出現(xiàn)的偏差為負值。這時輸入實際張力減小，出現(xiàn)的偏差為負值。這時輸入 電流增加一個相應值，液壓馬達的進出壓力電流增加一個相應值，液壓馬達的進出壓力p p增加增加 一個相應值，從而使液壓馬達輸出轉矩及張力一個相應值，從而使液壓馬達輸出轉矩及張力 相應增加，力圖保持張力等于給定值。相應增加，力圖保持張力等于給定值。 隨著鋼帶卷半徑的不斷變化而不斷重復調節(jié)上隨著鋼帶卷半徑的不斷變化而不斷重復調節(jié)上 述過程。述過程。 隨著電子技術和計算機控制技術的日益發(fā)隨著電子技術和計算機控制技術的日益發(fā) 展，液壓技術也日益朝著智能化方向邁進，展，液壓技術也日益朝著智能化方向邁進， 計算機電液控制

27、技術是計算機控制技術與計算機電液控制技術是計算機控制技術與 液壓傳動技術相結合的產(chǎn)物。液壓傳動技術相結合的產(chǎn)物。 這種控制系統(tǒng)除常規(guī)的液壓傳動系統(tǒng)外，這種控制系統(tǒng)除常規(guī)的液壓傳動系統(tǒng)外， 通常還有通常還有數(shù)據(jù)采集裝置、信號隔離和功率數(shù)據(jù)采集裝置、信號隔離和功率 放大電路、驅動電路、電放大電路、驅動電路、電機械轉換器、機械轉換器、 主控制器（微型計算機或單片微機）及相主控制器（微型計算機或單片微機）及相 關的鍵盤及顯示器關的鍵盤及顯示器等。等。 這種系統(tǒng)一般是以穩(wěn)定輸出（力、轉矩、轉速、這種系統(tǒng)一般是以穩(wěn)定輸出（力、轉矩、轉速、 速度）為目的，構成了從輸出到輸入的閉環(huán)控制速度）為目的，構成了從輸

28、出到輸入的閉環(huán)控制 系統(tǒng)。是一個涉及傳感技術、計算機控制技術、系統(tǒng)。是一個涉及傳感技術、計算機控制技術、 信號處理技術、機械傳動技術等技術的機電一體信號處理技術、機械傳動技術等技術的機電一體 化系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)操作簡單，人機對話方便；化系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)操作簡單，人機對話方便； 系統(tǒng)功能強，可以實現(xiàn)多功能控制；通過軟件編系統(tǒng)功能強，可以實現(xiàn)多功能控制；通過軟件編 制可以實現(xiàn)不同的算法，且較易實時控制和在線制可以實現(xiàn)不同的算法，且較易實時控制和在線 檢測。檢測。 本節(jié)主要以泵容積調速系統(tǒng)的計算機控制為例，本節(jié)主要以泵容積調速系統(tǒng)的計算機控制為例， 講述計算機電液控制系統(tǒng)的組成及工作原理。講述計

29、算機電液控制系統(tǒng)的組成及工作原理。 泵控液壓馬達容積調速系統(tǒng)由于具有功率大、效率泵控液壓馬達容積調速系統(tǒng)由于具有功率大、效率 高等優(yōu)點而得到廣泛的應用，但由于液壓系統(tǒng)的工高等優(yōu)點而得到廣泛的應用，但由于液壓系統(tǒng)的工 作參數(shù)（如流量、溫度等）的嚴重時變，而又使其作參數(shù)（如流量、溫度等）的嚴重時變，而又使其 輸出的參數(shù)（轉速、轉矩等）不穩(wěn)定，系統(tǒng)的靜態(tài)輸出的參數(shù)（轉速、轉矩等）不穩(wěn)定，系統(tǒng)的靜態(tài) 性能和動態(tài)品質較差。性能和動態(tài)品質較差。 一、泵控液壓馬達容積調速系統(tǒng)的組成一、泵控液壓馬達容積調速系統(tǒng)的組成 如圖如圖8-9所示的泵控所示的泵控 容積調速計算機控容積調速計算機控 制系統(tǒng)以單片機制系統(tǒng)以

30、單片機 MCS-51作為主控作為主控 單元，對其輸出量單元，對其輸出量 進行檢測、控制。進行檢測、控制。 輸入接口電路，經(jīng)輸入接口電路，經(jīng)A/DA/D轉換后反饋輸入主控單元，轉換后反饋輸入主控單元， 主控單元按一定控制策略對其進行運算后經(jīng)輸出主控單元按一定控制策略對其進行運算后經(jīng)輸出 接口和接口電路，送到步進電機，由步進電機驅接口和接口電路，送到步進電機，由步進電機驅 動機械傳動裝置，從而控制伺服變量泵的斜盤位動機械傳動裝置，從而控制伺服變量泵的斜盤位 置，調整液壓泵的輸出參數(shù)，從而保證液壓馬達置，調整液壓泵的輸出參數(shù)，從而保證液壓馬達 的輸出穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。的輸出穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。 1

31、. 1. 控制系統(tǒng)的硬件設計控制系統(tǒng)的硬件設計 控制系統(tǒng)的硬件包括控制系統(tǒng)的硬件包括輸入通道的硬件配置，輸入通道的硬件配置， 輸出通道的硬件配置輸出通道的硬件配置以及以及主控單元的硬件主控單元的硬件 配置。配置。 輸入通道主要將轉矩傳感器得到的相位差輸入通道主要將轉矩傳感器得到的相位差 信號放大，再經(jīng)過轉速轉矩測量儀轉變成信號放大，再經(jīng)過轉速轉矩測量儀轉變成 模擬量輸出，然后轉速信號和轉矩信號分模擬量輸出，然后轉速信號和轉矩信號分 成兩路經(jīng)高共模抑制比電路進行放大。成兩路經(jīng)高共模抑制比電路進行放大。 根據(jù)轉速信號和轉矩信號的電壓量程不同，選取根據(jù)轉速信號和轉矩信號的電壓量程不同，選取 合適的放

32、大倍數(shù)，將其電壓轉變成統(tǒng)一的量程為合適的放大倍數(shù)，將其電壓轉變成統(tǒng)一的量程為 200V5V的標準電壓信號，再經(jīng)硬件濾波，濾的標準電壓信號，再經(jīng)硬件濾波，濾 去高次諧波，分別將轉矩和轉速信號接入去高次諧波，分別將轉矩和轉速信號接入A/D的的 通道，經(jīng)通道，經(jīng)A/D轉換后送入轉換后送入8031主控單元。主控單元。 輸出通道包括輸出通道包括輸出電路，步進電動機和機輸出電路，步進電動機和機 械傳動機構械傳動機構，后兩者對系統(tǒng)的精度影響較，后兩者對系統(tǒng)的精度影響較 大。大。 在設計過程中，要根據(jù)系統(tǒng)泵控制方式選在設計過程中，要根據(jù)系統(tǒng)泵控制方式選 擇機械傳動的具體形式，在此基礎上確定擇機械傳動的具體形式

33、，在此基礎上確定 負載力的大小，選擇步進電動機的參數(shù)指負載力的大小，選擇步進電動機的參數(shù)指 標確定控制電路的形式，以滿足系統(tǒng)的需標確定控制電路的形式，以滿足系統(tǒng)的需 要。要。 同時，根據(jù)系統(tǒng)的精度要求，決定步進電同時，根據(jù)系統(tǒng)的精度要求，決定步進電 動機和機械傳動結構之間的精度分配，以動機和機械傳動結構之間的精度分配，以 保證系統(tǒng)的精度滿足設計要求。保證系統(tǒng)的精度滿足設計要求。 2.2.控制系統(tǒng)的軟件設計控制系統(tǒng)的軟件設計 一個完整的控制系統(tǒng)，其輸入輸出接口要完成所一個完整的控制系統(tǒng)，其輸入輸出接口要完成所 具有的功能，必須要使軟件和硬件恰當配合。具有的功能，必須要使軟件和硬件恰當配合。 泵控

34、液壓馬達容積調速系統(tǒng)的軟件構成如圖泵控液壓馬達容積調速系統(tǒng)的軟件構成如圖8-108-10 所示，它包括輸入信號采樣，所示，它包括輸入信號采樣，A/DA/D轉換及濾波軟件，轉換及濾波軟件， 系統(tǒng)自動復位軟件，鍵盤及顯示軟件，控制算法系統(tǒng)自動復位軟件，鍵盤及顯示軟件，控制算法 及步進電動機控制軟件和主系統(tǒng)管理軟件。及步進電動機控制軟件和主系統(tǒng)管理軟件。 系統(tǒng)管理軟件的主要職能是在系統(tǒng)啟動后系統(tǒng)管理軟件的主要職能是在系統(tǒng)啟動后 自動調用系統(tǒng)復位軟件使系統(tǒng)復位，然后自動調用系統(tǒng)復位軟件使系統(tǒng)復位，然后 調用顯示軟件進行顯示，并完成調用其輸調用顯示軟件進行顯示，并完成調用其輸 入控制值，采樣信號，入控制

35、值，采樣信號，A/DA/D轉換及濾波軟件，轉換及濾波軟件， 比較并由此調用控制算法軟件，使系統(tǒng)朝比較并由此調用控制算法軟件，使系統(tǒng)朝 著減少誤差的方向運動。著減少誤差的方向運動。 系統(tǒng)控制算法軟件是根據(jù)一定的控制策略，系統(tǒng)控制算法軟件是根據(jù)一定的控制策略， 設計出相應的控制算法，并由此編寫的計設計出相應的控制算法，并由此編寫的計 算機應用程序。算機應用程序。 隨著控制理論和計算機技術的發(fā)展，控制隨著控制理論和計算機技術的發(fā)展，控制 策略也日漸增多，泵控液壓馬達容積調速策略也日漸增多，泵控液壓馬達容積調速 系統(tǒng)的計算機控制中常用的控制算法有系統(tǒng)的計算機控制中常用的控制算法有PID 算法，砰算法，砰-砰（砰（Bang-Bang)控制算法以及控制算法以及 PID和砰和砰-砰相結合的控制算法。砰相結合的控制算法。 近年來，為了解決液壓系統(tǒng)的非線性、參數(shù)時