液压伺服和电液比例控制技术-课件

液压伺服和电液比例控制技术第八章第八章 液压伺服和电液液压伺服和电液比例控制技术比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术液压伺服控制和电液比例控制技术是液压液压伺服控制和电液比例控制技术是液压传动学科的一个重要组成部分，近几年来传动学科的一个重要组成部分，近几年来已发展称为相对独立的分支。已发展称为相对独立的分支。其控制精度和相应的快速性远远高于普通其控制精度和相应的快速性远远高于普通的液压传动系统。的液压传动系统。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术第一节第一节液压伺服控制液压伺服控制液压伺服控制是液压伺服控制是以液压伺服阀为核心以液压伺服阀为核心的高精度控制系统。液压伺服阀是一的高精度控制系统。液压伺服阀是一种通过改变输入信号，连续、成比例种通过改变输入信号，连续、成比例的控制流量和压力进行液压控制的控的控制流量和压力进行液压控制的控制方式。制方式。根据输入信号的方式不同，根据输入信号的方式不同，又分为电又分为电液伺服阀和机液伺服阀。液伺服阀和机液伺服阀。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术一、电液伺服阀一、电液伺服阀 电液伺服阀电液伺服阀是电液伺服系统中的放大转换是电液伺服系统中的放大转换元件，它把输入的小功率电流信号，转换元件，它把输入的小功率电流信号，转换并放大成液压功率（负载压力和负载流量）并放大成液压功率（负载压力和负载流量）输出，实现执行元件的位移、速度、加速输出，实现执行元件的位移、速度、加速度及力控制。度及力控制。电液伺服阀电液伺服阀电液伺服系统的核心元件，其电液伺服系统的核心元件，其性能对整个系统的特性有很大影响。性能对整个系统的特性有很大影响。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术电液伺服阀的组成电液伺服阀的组成电液伺服阀电液伺服阀通常通常由由电气电气-机械转换装置、液机械转换装置、液压放大器和反馈（平衡）机构压放大器和反馈（平衡）机构三部分组成三部分组成。（1）电气）电气-机械转换装置机械转换装置用来将输入的电用来将输入的电信号转换为转角或直线位移输出。信号转换为转角或直线位移输出。输出转角的装置称为力矩马达，输出直线输出转角的装置称为力矩马达，输出直线位移装置称为力马达。位移装置称为力马达。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术（2 2）液压放大器）液压放大器接受小功率的电气接受小功率的电气-机械机械转换装置输入的转角或直线位移信号，对转换装置输入的转角或直线位移信号，对大功率的压力油进行调节和分配，实现控大功率的压力油进行调节和分配，实现控制功率的转换和放大。制功率的转换和放大。（3 3）反馈与平衡机构）反馈与平衡机构使电液伺服阀输出的使电液伺服阀输出的流量或压力获得与输入电信号成比例的特流量或压力获得与输入电信号成比例的特性。性。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术如图所示，上半部如图所示，上半部分为电气机械转分为电气机械转换装置，即力矩马换装置，即力矩马达，下半部分为前达，下半部分为前置级（喷嘴挡板）置级（喷嘴挡板）和主滑阀。和主滑阀。当无电流信号输入当无电流信号输入 时，力矩马达无力时，力矩马达无力矩输出，与衔铁矩输出，与衔铁5 5固固定在一起的挡板定在一起的挡板9 9处处于中位，主滑阀阀于中位，主滑阀阀芯亦处于中（零）芯亦处于中（零）位。位。电液伺服阀的工作原理电液伺服阀的工作原理液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术液压泵输出的油液以液压泵输出的油液以压力压力p ps s进入主滑阀阀进入主滑阀阀口，因阀芯两端台肩口，因阀芯两端台肩将阀口关闭，油液不将阀口关闭，油液不能进入能进入A,BA,B口，但经固口，但经固定节流孔定节流孔1010和和1313分别分别引到喷嘴引到喷嘴8 8和和7 7，经喷，经喷射后，液流流回油箱。射后，液流流回油箱。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术由于挡板处于中由于挡板处于中位，两喷嘴与挡位，两喷嘴与挡板的间隙相等，板的间隙相等，因而油液流经喷因而油液流经喷嘴的液阻相等，嘴的液阻相等，则喷嘴前的压力则喷嘴前的压力p p1 1与与p p2 2相等，主相等，主滑阀阀芯两端压滑阀阀芯两端压力相等，阀芯处力相等，阀芯处于中位。于中位。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术若线圈输入电流，控制若线圈输入电流，控制线圈中将产生磁通，使线圈中将产生磁通，使衔铁上产生磁力矩。衔铁上产生磁力矩。当磁力矩为顺时针方向当磁力矩为顺时针方向时，衔铁将连同挡板一时，衔铁将连同挡板一起绕弹簧管中的支点顺起绕弹簧管中的支点顺时针偏转。时针偏转。图中左喷嘴图中左喷嘴8的间隙减小，的间隙减小，右喷嘴右喷嘴7的间隙增大，即的间隙增大，即压力压力p1增大，增大，p2减小，减小，主滑阀阀芯向右运动主滑阀阀芯向右运动，开启阀口，开启阀口，ps与与B相通相通A与与T相通。相通。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术在主滑阀阀芯向右运动的同时，通过挡板下端的在主滑阀阀芯向右运动的同时，通过挡板下端的弹簧管弹簧管1111反馈作用使挡板逆时针方向偏转，使左反馈作用使挡板逆时针方向偏转，使左喷嘴喷嘴9 9的间隙增大，右喷嘴的间隙增大，右喷嘴7 7的间隙减小，于是压的间隙减小，于是压力力p p1 1减小，减小，p p2 2增大。增大。当主滑阀阀芯向右移到当主滑阀阀芯向右移到某一位置，又两端压力某一位置，又两端压力差差(p(p1 1-p-p2 2)形成的形成的液压力液压力通过反馈弹簧杆作用在通过反馈弹簧杆作用在挡板上的力矩、喷嘴液挡板上的力矩、喷嘴液流压力作用在挡板上的流压力作用在挡板上的力矩以及弹簧管的反力力矩以及弹簧管的反力矩之和与力矩马达产生矩之和与力矩马达产生的电磁力矩相等时的电磁力矩相等时，主，主滑阀阀芯受力平衡，滑阀阀芯受力平衡，稳稳定在一定的开口下工作。定在一定的开口下工作。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术显然，改变输入电流大小，可成比例的调节显然，改变输入电流大小，可成比例的调节电磁力矩，从而得到不同的主阀开口大小。电磁力矩，从而得到不同的主阀开口大小。若改变输入电若改变输入电流的方向，主流的方向，主滑阀阀芯反向滑阀阀芯反向位移，可实现位移，可实现液流的反向控液流的反向控制。制。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术图图8-1所示电液伺服阀的主滑阀阀芯的最终所示电液伺服阀的主滑阀阀芯的最终工作位置是通过挡板弹性反力反馈作用达工作位置是通过挡板弹性反力反馈作用达到平衡的，因此称之为到平衡的，因此称之为力反馈式力反馈式。除力反馈式以外，伺服阀还有除力反馈式以外，伺服阀还有位置反馈，位置反馈，负载反馈，负载压力反馈负载反馈，负载压力反馈等。等。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术液压放大器的结构形式液压放大器的结构形式 电液伺服阀的液压放大器常用的形式有滑阀，射流管和电液伺服阀的液压放大器常用的形式有滑阀，射流管和喷嘴挡板三种。喷嘴挡板三种。根据滑阀的控制边数，滑阀的控制形式有单边，双边和四根据滑阀的控制边数，滑阀的控制形式有单边，双边和四边三种边三种其中单边和双边的控制式只用于控制单出杆液压缸；四边其中单边和双边的控制式只用于控制单出杆液压缸；四边控制式既可控制单出杆液压缸，也可控制双出杆液压缸，控制式既可控制单出杆液压缸，也可控制双出杆液压缸，四边控制式因控制性能好，用于精度和稳定性要求较高的四边控制式因控制性能好，用于精度和稳定性要求较高的系统。系统。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术根据滑阀阀芯在中位时阀口的根据滑阀阀芯在中位时阀口的预开口量预开口量不不同，滑阀又分为负开口（正遮盖），零开同，滑阀又分为负开口（正遮盖），零开口（零遮盖）和正开口（负遮盖）三种形口（零遮盖）和正开口（负遮盖）三种形式式如图如图8-38-3所示。负开口在阀芯开启时存在一所示。负开口在阀芯开启时存在一个死区且流量特性为非线性，因此很少采个死区且流量特性为非线性，因此很少采用；正开口在阀芯处于中位时存在泄露且用；正开口在阀芯处于中位时存在泄露且泄露较大，所以一般不用于大功率控制场泄露较大，所以一般不用于大功率控制场合，另外，它的流量增益也是非线性的。合，另外，它的流量增益也是非线性的。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术零开口结构性能最好，应用最广，但完全零开口结构性能最好，应用最广，但完全的零开口在工艺上是难以达到的，因此实的零开口在工艺上是难以达到的，因此实际的零开口允许小于际的零开口允许小于0.025mm 0.025mm 的微小开的微小开口量偏差。口量偏差。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术4.伺服阀的性能与特点伺服阀的性能与特点如图，零开口四边滑阀。图示位置阀芯向右偏移，阀如图，零开口四边滑阀。图示位置阀芯向右偏移，阀口口1和和3开启，开启，2和和4关闭。关闭。压力油源压力油源pp经阀口经阀口1通往液压缸，回油经阀口通往液压缸，回油经阀口3回油箱。回油箱。优点：优点：伺服阀控制精度高，伺服阀控制精度高，响应速度快，响应速度快，特别是电液特别是电液伺服系统易实现计算机控伺服系统易实现计算机控制。制。在工业自动化设备、航空、在工业自动化设备、航空、航天、冶金和军事装备中航天、冶金和军事装备中得到广泛应用。得到广泛应用。缺点：缺点：伺服阀加工工艺复伺服阀加工工艺复杂，对油液污染敏感，成杂，对油液污染敏感，成本高，维护保养困难。本高，维护保养困难。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术二、电液伺服系统的应用二、电液伺服系统的应用电液伺服系统通过电气传动方式，将电气电液伺服系统通过电气传动方式，将电气信号输入系统，来操纵有关的液压控制元信号输入系统，来操纵有关的液压控制元件动作，控制液压执行元件使其跟随输入件动作，控制液压执行元件使其跟随输入信号动作。其信号动作。其电液两部分之间都采用电液电液两部分之间都采用电液伺服阀作为转换元件。伺服阀作为转换元件。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术机械手手臂伸机械手手臂伸缩电液伺服系缩电液伺服系统。统。手臂移动的行程决定于脉冲的数量，速手臂移动的行程决定于脉冲的数量，速度决定于脉冲的频率。度决定于脉冲的频率。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术第二节第二节电液比例控制电液比例控制电液比例控制是介于普通液压阀的开关式电液比例控制是介于普通液压阀的开关式控制和电液伺服控制之间的控制方式。它控制和电液伺服控制之间的控制方式。它能实现对液流压力和流量连续地、按比例能实现对液流压力和流量连续地、按比例地跟随控制信号而变化。因此，它的控制地跟随控制信号而变化。因此，它的控制 性能优于开关式控制，它与电液伺服控制性能优于开关式控制，它与电液伺服控制相比，其控制精度和响应速度较低，但它相比，其控制精度和响应速度较低，但它的成本低，抗污染能力强。的成本低，抗污染能力强。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术近年来在国内外得到重视，发展较快，电近年来在国内外得到重视，发展较快，电液比例控制的核心元件式电液比例阀，简液比例控制的核心元件式电液比例阀，简称比例阀。本节主要介绍常用的电液比例称比例阀。本节主要介绍常用的电液比例阀及其应用。阀及其应用。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术一电液比例控制器一电液比例控制器 电液比例控制阀电液比例控制阀由常用的人工调节或开关控制的由常用的人工调节或开关控制的液压阀液压阀加上电机械比例转换装置加上电机械比例转换装置构成构成。常用的。常用的电机械比例转换装置是有一定性能要求的电磁电机械比例转换装置是有一定性能要求的电磁铁，它能把电信号按比例地转换成力或位移，对铁，它能把电信号按比例地转换成力或位移，对液压阀进行控制。液压阀进行控制。在使用过程中，电液比例阀可以按输入的电气信在使用过程中，电液比例阀可以按输入的电气信号连续地、按比例地对油液的压力、流量和方向号连续地、按比例地对油液的压力、流量和方向进行远距离控制，进行远距离控制，比例阀一般都具有压力补偿性比例阀一般都具有压力补偿性能能，所以，所以它的输出压力和流量可以不受它的输出压力和流量可以不受负载变化的影响。负载变化的影响。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术电液比例控制阀电液比例控制阀被广泛地应用于对液被广泛地应用于对液压参数进行连续、远距离控制或程序压参数进行连续、远距离控制或程序控制，但对控制精度和动态特性要求控制，但对控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。不太高的液压系统中。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术根据用途和工作特点的不同，比例阀可以根据用途和工作特点的不同，比例阀可以分为分为比例压力阀比例压力阀（如比例溢流阀、比例减（如比例溢流阀、比例减压阀等）、压阀等）、比例流量阀比例流量阀（如比例调速阀）（如比例调速阀）和和比例方向阀比例方向阀（如比例换向阀）等三类。（如比例换向阀）等三类。电液比例换向阀不仅能控制方向，还有控电液比例换向阀不仅能控制方向，还有控制流量的功能。制流量的功能。而比例流量阀仅仅是用比而比例流量阀仅仅是用比例电磁铁来调节节流阀的开口。例电磁铁来调节节流阀的开口。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术由压力阀由压力阀1 1和移动式力马达和移动式力马达2 2两部分组成，当力马达的线圈中通两部分组成，当力马达的线圈中通入电流入电流I I时，推杆通过钢球时，推杆通过钢球4 4，弹簧，弹簧5 5把电磁推力传给锥阀把电磁推力传给锥阀6 6。推。推力的大小与电流力的大小与电流I I成比例，成比例，电磁力电磁力F FKIKIpA=KIpA=KI，p=KI/Ap=KI/A（A A为锥阀芯有效承压面积）为锥阀芯有效承压面积）比例电磁铁代替了调节弹簧手柄。当输入一个电信号电流时，比例电磁铁代替了调节弹簧手柄。当输入一个电信号电流时，比例电磁铁产生一个相应的电流比例电磁铁产生一个相应的电流I I，成比例的电磁力，成比例的电磁力F F。电液比例压力阀电液比例压力阀液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术当阀进油口当阀进油口p p处作用在锥阀上的液压力超过处作用在锥阀上的液压力超过弹簧力时，锥阀打开，油液通过阀口由出弹簧力时，锥阀打开，油液通过阀口由出油口排出，这个阀的阀口开度是不影响油口排出，这个阀的阀口开度是不影响电磁推力的，电磁推力的，但当通过阀口的流量变化时，但当通过阀口的流量变化时，由于阀座上的小孔由于阀座上的小孔d d处压差的改变以及稳态处压差的改变以及稳态液动力的变化等，被控制的油液压力依然液动力的变化等，被控制的油液压力依然会有一些改变。会有一些改变。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术图图8-6所示为所示为直动式压力阀直动式压力阀，它可以直接使，它可以直接使用，也可以用来作为先导阀以组成先导式用，也可以用来作为先导阀以组成先导式的比例溢流阀，比例减压阀和比例顺序阀的比例溢流阀，比例减压阀和比例顺序阀等元件。等元件。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术电液比例换向阀电液比例换向阀电液比例换向阀一般电液比例换向阀一般由电液比例减压阀和由电液比例减压阀和液动换向阀组合而成液动换向阀组合而成，前者作为先导级，前者作为先导级,以以其出口压力来控制液动换向阀的正反向开其出口压力来控制液动换向阀的正反向开口量的大小，从而控制液流的方向和流量口量的大小，从而控制液流的方向和流量的大小。的大小。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术电液比例换向器的工作原理电液比例换向器的工作原理如图如图8-7所示，所示，先导级电液比例减压阀由两先导级电液比例减压阀由两个比例电磁铁个比例电磁铁2，4和阀芯和阀芯3等组成等组成当输入电流信号给电磁铁当输入电流信号给电磁铁2时，阀芯被推向右移，供油时，阀芯被推向右移，供油压力压力p经右边阀口减压后，经右边阀口减压后，经通道经通道a,b反馈至阀芯反馈至阀芯3的右的右端，与电磁铁端，与电磁铁2的电磁力相的电磁力相平衡。因而减压后的压力与平衡。因而减压后的压力与供油压力大小无关，而只与供油压力大小无关，而只与输入电流信号的大小成比例。输入电流信号的大小成比例。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术减压后的油液经过减压后的油液经过通道通道a,ca,c作用在换作用在换向阀阀芯向阀阀芯5 5的右端，的右端，使阀芯左移，打开使阀芯左移，打开与的连通阀口与的连通阀口并压缩左端的弹簧，并压缩左端的弹簧，阀芯阀芯5 5的移动量与的移动量与控制油压的大小成控制油压的大小成正比，即阀口的开正比，即阀口的开口大小与输入电流口大小与输入电流信号成正比信号成正比液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术液动换向阀的端盖上装有节流阀调节螺钉液动换向阀的端盖上装有节流阀调节螺钉1 1和和6 6，可以根据需要分别调节换向阀的换向时间，此外，可以根据需要分别调节换向阀的换向时间，此外，这种换向阀也和普通换向阀一样，这种换向阀也和普通换向阀一样，可以具有不可以具有不同的中位机能。同的中位机能。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术 二、电液比例控制系统二、电液比例控制系统 电液比例控制系统电液比例控制系统由电子放大及校正单元、电液由电子放大及校正单元、电液比例控制元件、执行元件及液压源、工作负载及比例控制元件、执行元件及液压源、工作负载及信号检测处理装置等组成。信号检测处理装置等组成。按有无执行元件输出参数的反馈形式分为闭环控按有无执行元件输出参数的反馈形式分为闭环控制系统和开环控制系统。制系统和开环控制系统。最简单的电液比例控制系统是采用比例压力阀、最简单的电液比例控制系统是采用比例压力阀、比例流量阀来替代普通液压系统中的多级调压回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。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。制及远距离信号传输，便于计算机控制。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术图图8-88-8所示为电液比例压力阀用于钢带冷轧卷取机的所示为电液比例压力阀用于钢带冷轧卷取机的液压系统。液压系统。轧机对卷取机构的要求是：轧机对卷取机构的要求是：当钢带不断从轧辊下轧当钢带不断从轧辊下轧制出来时，卷取机应以恒定的张力将其卷起来。制出来时，卷取机应以恒定的张力将其卷起来。为了实现这一要求，就必须在钢带卷半径变化时为了实现这一要求，就必须在钢带卷半径变化时保证张力恒定不变，要保证张力不随钢带卷半径保证张力恒定不变，要保证张力不随钢带卷半径变化，必须使液压马达的进口压力变化，必须使液压马达的进口压力p p随的增大而随的增大而成比例地增加。成比例地增加。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术为此，在该系统进行轧制工作时，先给定一个张力值储存于为此，在该系统进行轧制工作时，先给定一个张力值储存于电控制器内，而在轧辊与卷筒之间安装一张力检测计，将检电控制器内，而在轧辊与卷筒之间安装一张力检测计，将检测的实际张力值反馈与给定张力值进行比较，当比较得到的测的实际张力值反馈与给定张力值进行比较，当比较得到的偏差值达到某一限定值时，电控制器输入比例压力阀的电流偏差值达到某一限定值时，电控制器输入比例压力阀的电流变化一个相应值，使控制压力变化一个相应值，使控制压力p p改变，于是液压马达的输出改变，于是液压马达的输出转矩及张力作相应的改变，使偏差消失或减小。转矩及张力作相应的改变，使偏差消失或减小。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术在轧机的实际工作中，随着钢带卷半径的增大，在轧机的实际工作中，随着钢带卷半径的增大，实际张力减小，出现的偏差为负值。这时输入实际张力减小，出现的偏差为负值。这时输入电流增加一个相应值，液压马达的进出压力电流增加一个相应值，液压马达的进出压力p p增加增加一个相应值，从而使液压马达输出转矩及张力一个相应值，从而使液压马达输出转矩及张力相应增加，力图保持张力等于给定值。相应增加，力图保持张力等于给定值。随着钢带卷半径的不断变化而不断重复调节上随着钢带卷半径的不断变化而不断重复调节上述过程。述过程。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术第三节第三节计算机机电控制技术计算机机电控制技术随着电子技术和计算机控制技术的日益发随着电子技术和计算机控制技术的日益发展，液压技术也日益朝着智能化方向迈进，展，液压技术也日益朝着智能化方向迈进，计算机电液控制技术是计算机控制技术与计算机电液控制技术是计算机控制技术与液压传动技术相结合的产物。液压传动技术相结合的产物。这种控制系统除常规的液压传动系统外，这种控制系统除常规的液压传动系统外，通常还有通常还有数据采集装置、信号隔离和功率数据采集装置、信号隔离和功率放大电路、驱动电路、电放大电路、驱动电路、电机械转换器、机械转换器、主控制器（微型计算机或单片微机）及相主控制器（微型计算机或单片微机）及相关的键盘及显示器关的键盘及显示器等。等。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术这种系统一般是以稳定输出（力、转矩、转速、这种系统一般是以稳定输出（力、转矩、转速、速度）为目的，构成了从输出到输入的闭环控制速度）为目的，构成了从输出到输入的闭环控制系统。是一个涉及传感技术、计算机控制技术、系统。是一个涉及传感技术、计算机控制技术、信号处理技术、机械传动技术等技术的机电一体信号处理技术、机械传动技术等技术的机电一体化系统，这种控制系统操作简单，人机对话方便；化系统，这种控制系统操作简单，人机对话方便；系统功能强，可以实现多功能控制；通过软件编系统功能强，可以实现多功能控制；通过软件编制可以实现不同的算法，且较易实时控制和在线制可以实现不同的算法，且较易实时控制和在线检测。检测。本节主要以泵容积调速系统的计算机控制为例，本节主要以泵容积调速系统的计算机控制为例，讲述计算机电液控制系统的组成及工作原理。讲述计算机电液控制系统的组成及工作原理。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术泵控液压马达容积调速系统由于具有功率大、效率泵控液压马达容积调速系统由于具有功率大、效率高等优点而得到广泛的应用，但由于液压系统的工高等优点而得到广泛的应用，但由于液压系统的工作参数（如流量、温度等）的严重时变，而又使其作参数（如流量、温度等）的严重时变，而又使其输出的参数（转速、转矩等）不稳定，系统的静态输出的参数（转速、转矩等）不稳定，系统的静态性能和动态品质较差。性能和动态品质较差。一、泵控液压马达容积调速系统的组成一、泵控液压马达容积调速系统的组成如图如图8-9所示的泵控所示的泵控容积调速计算机控容积调速计算机控制系统以单片机制系统以单片机MCS-51作为主控作为主控单元，对其输出量单元，对其输出量进行检测、控制。进行检测、控制。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术输入接口电路，经输入接口电路，经A/DA/D转换后反馈输入主控单元，转换后反馈输入主控单元，主控单元按一定控制策略对其进行运算后经输出主控单元按一定控制策略对其进行运算后经输出接口和接口电路，送到步进电机，由步进电机驱接口和接口电路，送到步进电机，由步进电机驱动机械传动装置，从而控制伺服变量泵的斜盘位动机械传动装置，从而控制伺服变量泵的斜盘位置，调整液压泵的输出参数，从而保证液压马达置，调整液压泵的输出参数，从而保证液压马达的输出稳定在一定的数值上。的输出稳定在一定的数值上。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术二、控制系统的硬件及软件设计二、控制系统的硬件及软件设计1.1.控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计 控制系统的硬件包括控制系统的硬件包括输入通道的硬件配置，输入通道的硬件配置，输出通道的硬件配置输出通道的硬件配置以及以及主控单元的硬件主控单元的硬件配置。配置。输入通道主要将转矩传感器得到的相位差输入通道主要将转矩传感器得到的相位差信号放大，再经过转速转矩测量仪转变成信号放大，再经过转速转矩测量仪转变成模拟量输出，然后转速信号和转矩信号分模拟量输出，然后转速信号和转矩信号分成两路经高共模抑制比电路进行放大。成两路经高共模抑制比电路进行放大。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术根据转速信号和转矩信号的电压量程不同，选取根据转速信号和转矩信号的电压量程不同，选取合适的放大倍数，将其电压转变成统一的量程为合适的放大倍数，将其电压转变成统一的量程为200V5V的标准电压信号，再经硬件滤波，滤的标准电压信号，再经硬件滤波，滤去高次谐波，分别将转矩和转速信号接入去高次谐波，分别将转矩和转速信号接入A/D的的通道，经通道，经A/D转换后送入转换后送入8031主控单元。主控单元。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术输出通道包括输出通道包括输出电路，步进电动机和机输出电路，步进电动机和机械传动机构械传动机构，后两者对系统的精度影响较，后两者对系统的精度影响较大。大。在设计过程中，要根据系统泵控制方式选在设计过程中，要根据系统泵控制方式选择机械传动的具体形式，在此基础上确定择机械传动的具体形式，在此基础上确定负载力的大小，选择步进电动机的参数指负载力的大小，选择步进电动机的参数指标确定控制电路的形式，以满足系统的需标确定控制电路的形式，以满足系统的需要。要。同时，根据系统的精度要求，决定步进电同时，根据系统的精度要求，决定步进电动机和机械传动结构之间的精度分配，以动机和机械传动结构之间的精度分配，以保证系统的精度满足设计要求。保证系统的精度满足设计要求。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术2.2.控制系统的软件设计控制系统的软件设计 一个完整的控制系统，其输入输出接口要完成所一个完整的控制系统，其输入输出接口要完成所具有的功能，必须要使软件和硬件恰当配合。具有的功能，必须要使软件和硬件恰当配合。泵控液压马达容积调速系统的软件构成如图泵控液压马达容积调速系统的软件构成如图8-108-10所示，它包括输入信号采样，所示，它包括输入信号采样，A/DA/D转换及滤波软件，转换及滤波软件，系统自动复位软件，键盘及显示软件，控制算法系统自动复位软件，键盘及显示软件，控制算法及步进电动机控制软件和主系统管理软件。及步进电动机控制软件和主系统管理软件。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术系统管理软件的主要职能是在系统启动后系统管理软件的主要职能是在系统启动后自动调用系统复位软件使系统复位，然后自动调用系统复位软件使系统复位，然后调用显示软件进行显示，并完成调用其输调用显示软件进行显示，并完成调用其输入控制值，采样信号，入控制值，采样信号，A/DA/D转换及滤波软件，转换及滤波软件，比较并由此调用控制算法软件，使系统朝比较并由此调用控制算法软件，使系统朝着减少误差的方向运动。着减少误差的方向运动。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术系统控制算法软件是根据一定的控制策略，系统控制算法软件是根据一定的控制策略，设计出相应的控制算法，并由此编写的计设计出相应的控制算法，并由此编写的计算机应用程序。算机应用程序。随着控制理论和计算机技术的发展，控制随着控制理论和计算机技术的发展，控制策略也日渐增多，泵控液压马达容积调速策略也日渐增多，泵控液压马达容积调速系统的计算机控制中常用的控制算法有系统的计算机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-砰相结合的控制算法。砰相结合的控制算法。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术近年来，为了解决液压系统的非线性、参数时变近年来，为了解决液压系统的非线性、参数时变的问题，人们提出了用人工智能的方法来实现控的问题，人们提出了用人工智能的方法来实现控制目的，这种控制方法的主要特点即在于研究的制目的，这种控制方法的主要特点即在于研究的目标不再是研究对象，而是控制器本身。控制器目标不再是研究对象，而是控制器本身。控制器也不再是单一的数学解析模型，而是包括解析和也不再是单一的数学解析模型，而是包括解析和推理的知识模型，其控制规则归根到底是模拟人推理的知识模型，其控制规则归根到底是模拟人脑的思维方式，脑的思维方式，这种控制方式不需要控制对象的这种控制方式不需要控制对象的准确模型，而能较好地解决控制系统中稳定性与准确模型，而能较好地解决控制系统中稳定性与准确性的矛盾，又能增强对不确定因素的适应性准确性的矛盾，又能增强对不确定因素的适应性。常用的智能控制方法有模糊控制算法、参数自适常用的智能控制方法有模糊控制算法、参数自适应模糊控制算法以及规则可调整的模糊控制算法应模糊控制算法以及规则可调整的模糊控制算法等。等。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术图图8-11为一般模糊控制系统的原理图。模糊为一般模糊控制系统的原理图。模糊控制方法的关键是模糊控制器的设计，模控制方法的关键是模糊控制器的设计，模糊控制器由模糊化、模糊控制算法和模糊糊控制器由模糊化、模糊控制算法和模糊判决三部分构成。即对输入量（偏差判决三部分构成。即对输入量（偏差E和和dE/dt）进行模糊化，再进行模糊运算，最）进行模糊化，再进行模糊运算，最后进行模糊判决，得到确切的控制量，并后进行模糊判决，得到确切的控制量，并加到被控对象上，由上述过程即可算出总加到被控对象上，由上述过程即可算出总控制表，将其存入计算机。控制表，将其存入计算机。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术在实际控制时只要测得偏差量在实际控制时只要测得偏差量E，然后计算，然后计算出偏差变化率出偏差变化率dE/dt，就可查内存中的总，就可查内存中的总控制表，找出相应的控制量。控制表，找出相应的控制量。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术总之，微型计算机的发展给电液控制技术总之，微型计算机的发展给电液控制技术增加了新的活力，增加了新的活力，它有极快的运算速度，它有极快的运算速度，强大的记忆能力和灵活的逻辑判断功能强大的记忆能力和灵活的逻辑判断功能，使许多过去难以解决的电液控制问题，都使许多过去难以解决的电液控制问题，都可以通过计算机得以实现，大大提高了液可以通过计算机得以实现，大大提高了液压系统的控制精度和运行可靠性，因而具压系统的控制精度和运行可靠性，因而具有广泛的应用和发展前景。有广泛的应用和发展前景。液压伺服和电液比例控制技术液压伺服和电液比例控制技术