電液比例控制技術(shù)概述

1、電液比例控制技術(shù)概述液壓傳動與控制技術(shù)作為動力傳動與控制技術(shù)的重要組成部分，對工業(yè)和國防領(lǐng)域的技術(shù)進步和發(fā)展起到了很大的推動作用，是現(xiàn)代機械工程的基本要素和工程控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。其具有易于實現(xiàn)直線運動、功率質(zhì)量之比大、動態(tài)響應快等優(yōu)點1。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)與工業(yè)的發(fā)展，對液壓傳動系統(tǒng)的靈敏性、穩(wěn)定性、可靠性和壽命提出了愈來愈高的要求。電液比例控制系統(tǒng)具有抗干擾能力強、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低、與計算機連接方便、控制靈活、低速平穩(wěn)性能好等諸多優(yōu)點，在液壓系統(tǒng)中的應用具有重要意義。因此，將電液比例控制技術(shù)應用于液壓傳動系統(tǒng)中，不僅可以簡化液壓控制系統(tǒng)，還可以提高液壓系統(tǒng)的控制水平，更好的滿足工業(yè)

2、要求?？茖W技術(shù)的發(fā)展、工業(yè)發(fā)展步伐加快，以及日益嚴格的高自動化、節(jié)能、遠距離傳輸和可持續(xù)發(fā)展的社會和工程需要，使得電氣控制技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應用日趨廣泛?？删幊炭刂破鳎ê喎QPLC或PC）作為電氣控制技術(shù)中的一項新技術(shù)，經(jīng)過30多年的發(fā)展，已形成完整的工業(yè)產(chǎn)品系列。它以微處理器為核心，有機地將微型計算機技術(shù)、自動化技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。PLC在比例液壓系統(tǒng)中的應用，方便和簡化了工業(yè)控制，提高了控制的自動化、集成化、一體化，符合工業(yè)發(fā)展的潮流。習慣上，人們把使用比例控制組件（含比例閥、比例控制泵及比例放大器）的液壓系統(tǒng)稱為電液比例控制系統(tǒng)。嚴格地說，比例控制是實現(xiàn)組件或系統(tǒng)的被控制量（輸出）與控

3、制量（輸入或指令）之間線性關(guān)系的技術(shù)手段，依靠這一手段要保證輸出量的大小按確定的比例隨著輸入量的變化而變化。電液比例閥是以傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓控制閥為基礎(chǔ)，采用模擬式電氣-機械轉(zhuǎn)換裝置將電信號轉(zhuǎn)換為位移信號，連續(xù)地控制液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)的壓力、方向或流量的一種液壓組件。電液比例閥工作時，閥內(nèi)電氣-機械轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)輸入的電壓信號產(chǎn)生相應動作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出。閥芯位移可以以機械、液壓或電的形式進行反饋。當前，電液比例閥在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應用2。1.1 電液比例控制技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展比例控制技術(shù)產(chǎn)生于20世紀60年代末，當時，電液伺服

4、技術(shù)已日趨完善，由于伺服閥的快速響應及較高的控制精度，以及明顯的技術(shù)優(yōu)勢，迅速在高精度、快速響應的領(lǐng)域中，如航天、航空、軋鋼設(shè)備及實驗設(shè)備等中取代了傳統(tǒng)的機電控制方式，但電液伺服閥成本高、應用和維護條件苛刻，難以被工業(yè)界接受。在很多任務(wù)業(yè)應用場合并不要求太高的控制精度或響應性，而要求發(fā)展一種廉價、節(jié)能、維護方便、適應大功率控制及具有一定控制精度的控制技術(shù)。這種需求背景導致了比例技術(shù)的誕生與發(fā)展。而現(xiàn)代電子技術(shù)和測試技術(shù)的發(fā)展為工程界提供了可靠而廉價的檢測、校正技術(shù)。這些為電液比例技術(shù)的發(fā)展提供了有利的條件。電液比例控制技術(shù)從形成至今，大致上可為四個階段：（1）從1967年瑞士Beringer公

5、司生產(chǎn)KL比例復合閥，到70年代初日本油研公司申請壓力和流量兩項比例閥專利，標志著比例技術(shù)的誕生時期。這一階段的比例閥僅僅是將新型電-機械轉(zhuǎn)換器（比例電磁鐵）用于工業(yè)液壓閥，以代替開關(guān)電磁鐵或調(diào)節(jié)手柄，閥的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計方法幾乎沒變，閥內(nèi)不含受控參數(shù)的反饋閉環(huán)；（2）從1975年到1980年，比例技術(shù)的發(fā)展進入第二階段。采用各種內(nèi)部反饋原理的比例組件相繼問世，耐高壓比例電磁鐵和比例放大器在技術(shù)上已經(jīng)成熟。到70年代后期比例變量泵和比例執(zhí)行器相繼出現(xiàn)，為大功率系統(tǒng)的節(jié)能奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。應用領(lǐng)域擴大到閉環(huán)控制；（3）到20世紀80年代，比例技術(shù)發(fā)展進入第三階段。比例組件的設(shè)計原理進一步完善，采用了

6、壓力、流量、位移內(nèi)反饋、動壓反饋及電校正等手段，使閥的穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)響應和穩(wěn)定性都有了進一步的提高，頻寬達到3-50Hz，滯環(huán)在19/6-3%之間。除了因制造成本所限，比例閥在中位仍保留死區(qū)外，它的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性均己和工業(yè)伺服閥無異。另一項重大進展是，比例技術(shù)開始和插裝閥相結(jié)合，己開發(fā)出各種不同功能和規(guī)格的二通、三通型比例插裝閥，形成了電液比例插裝技術(shù)。同時，由于傳感器和電子器件的小型化，還出現(xiàn)了電液一體化的比例組件，電液比例技術(shù)逐步形成了80年代的集成化趨勢。第三個值得指出的進展是電液比例容積組件，各類比例控制泵和執(zhí)行組件相繼出現(xiàn)，為大功率工程控制系統(tǒng)的節(jié)能提供了技術(shù)基礎(chǔ)，而且計算機技術(shù)同液

7、壓比例技術(shù)相結(jié)合已成為必然趨勢；（4）近年來比例閥出現(xiàn)了復合化趨勢，極大地提高了比例閥(電反饋) 的工作頻寬。在基礎(chǔ)閥的基礎(chǔ)上，發(fā)展出先導式電反饋比例方向閥系列，它與定差減壓閥或溢流閥的壓力補償功能塊組合，構(gòu)成電反饋比例方向流量復合閥，可進一步取得與負載協(xié)調(diào)和節(jié)能效果。今天，隨著微電子技術(shù)和數(shù)學理論的發(fā)展，比例閥技術(shù)已達到比較完善的程度，已形成完整的產(chǎn)品品種、規(guī)格系列，并對已成熟的產(chǎn)品，為進一步擴大應用，在保持原基本性能與技術(shù)指標的前提下，向著簡化結(jié)構(gòu)、提高可靠性、降低制造成本及“四化”（通用化、模塊化、組合化、集成化）的方向發(fā)展，以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)，降低制造成本3。1.2 電液比例控制系統(tǒng)的

8、基本特點電液比例控制系統(tǒng)是聯(lián)系微電子技術(shù)和工程功率系統(tǒng)的接口。就其本質(zhì)而言，乃是電子液壓機械（E/H/M）放大轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，介于電液伺服系統(tǒng)與開關(guān)控制系統(tǒng)之間。從控制特性看，更接近于伺服系統(tǒng)，特別是使用伺服比例閥的系統(tǒng)；從抗污染性、可靠性和經(jīng)濟性看，更接近于開關(guān)系統(tǒng)。系統(tǒng)本身可以是開環(huán)的，也可以是閉環(huán)的。因此，比例控制系統(tǒng)的設(shè)計，與開關(guān)控制液壓系統(tǒng)有所差別，但也不能完全按伺服系統(tǒng)進行，應根據(jù)具體要求有所側(cè)重。下面從工程應用的角度，來看一看電液比例控制系統(tǒng)的特點。（1）簡化液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)復雜程控；（2）便于實現(xiàn)遠距離控制或遙控；（3）利用反饋提高控制精度或?qū)崿F(xiàn)特定的控制目標；（4）自動化程度高，容易

9、實現(xiàn)編程控制；（5）系統(tǒng)的節(jié)能效果好4；1.3 電液比例控制系統(tǒng)的前景展望隨著電液比例組件、電子和計算機的發(fā)展，電液比例控制的應用將改變傳統(tǒng)的液壓傳動控制方式。但國內(nèi)在電液比例控制上與國外發(fā)達國家相比還有一定的差距，特別是電液比例組件方面。目前，國產(chǎn)比例閥和比例泵基本上還處于空白或起步階段，國內(nèi)電液比例控制的液壓機產(chǎn)出量還不足5%，且大多數(shù)處于低級或單一的控制階段。隨著國內(nèi)市場對高性能液壓機需求的不斷擴大，低端市場不斷縮小，估計在五年內(nèi)，電液比例控制高性能的液壓機的產(chǎn)出數(shù)量將占到總產(chǎn)量的40%以上。電液比例控制技術(shù)是一門起步較晚，但發(fā)展極為迅速、應用已相當廣泛的機電液一體化綜合技術(shù)。今天，電液比例控制技術(shù)以其一系列優(yōu)點在工業(yè)中應用已經(jīng)相當普遍，在新系統(tǒng)設(shè)計和舊設(shè)備改造中正成為用戶的重要選擇方案，對提高企業(yè)的技術(shù)專裝備水平和設(shè)備的自動化程度，發(fā)揮了極為重要的作用。電液比例控制技術(shù)一個發(fā)