《電液比例技術(shù)》ppt課件

1、12+比例控制放大器：比例控制放大器：是一種用來比照例電磁鐵提供特定性能電流，并對電流比例閥或電液比例控制系統(tǒng)進(jìn)展開環(huán)或閉環(huán)調(diào)節(jié)的電子裝置。它是電液比例控制元件或系統(tǒng)的主要組成單元。+檢測反響系統(tǒng)：檢測反響系統(tǒng)：是電液比例元件或系統(tǒng)中的組成單元之一。它是元件內(nèi)部閉環(huán)或系統(tǒng)閉環(huán)控制中必不可少的部分。在閉環(huán)控制中，它檢測出實(shí)際控制量，并通過反響與設(shè)定值相比較。3 在電液比例控制系統(tǒng)中，比照例控制放大器一般有以下要求：、良好的穩(wěn)態(tài)控制特性、動態(tài)響應(yīng)快、頻帶寬、功率放大級的功耗小、抗干擾才能強(qiáng)，有很好的穩(wěn)定性和可靠性、較強(qiáng)的控制功能、標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化4一、典型構(gòu)成：一、典型構(gòu)成： 根據(jù)電 機(jī)械轉(zhuǎn)換器的類

2、別和受控對象的不同技術(shù)要求，比例控制放大器的原理、構(gòu)成和參數(shù)各不一樣。隨著電子技術(shù)的開展，放大器的元件、線路以及構(gòu)造也不斷改善。 圖圖-1是比例控制放大器的典型構(gòu)成。是比例控制放大器的典型構(gòu)成。5比例控制比例控制放大器放大器的組成的組成6 輸入接口位置處理調(diào)節(jié)器前置放大功率放大比例電磁鐵顫振電路測量放大電源變換外輸入內(nèi)設(shè)定負(fù)載7 比例控制放大器根據(jù)受控對象，功率及工作原理等的不同，可有多種分類方式。常見有：1、單路和雙路比例控制放大器：、單路和雙路比例控制放大器： 1 1、單路比例控制放大器：、單路比例控制放大器：用來控制單個比例電磁鐵驅(qū)開工作的比例閥。例如：例如： 比例流量閥、壓力閥、單電磁

3、鐵二 位三位比例方向閥等。8 2 2、雙路比例控制放大器：、雙路比例控制放大器：用來控制雙電磁鐵驅(qū)開工作的三位比例方向閥等。雙路比例控制放大器工作時，始終只讓其中一個比例電磁鐵通電，這是三位比例方向閥工作所要求的，因此，它與下述的雙通道比例控制放大器是完全不同的。92、單通道、雙通道和多通道比例控制放大、單通道、雙通道和多通道比例控制放大器：器： 1、單通道比例控制放大器：、單通道比例控制放大器：就是單路比例控制放大器，只能控制一個比例電磁鐵。 2、雙通道、多通道比例控制放大器：、雙通道、多通道比例控制放大器：將二個或二個以上單通道比例控制放大器集中在一塊標(biāo)準(zhǔn)的控制板上，就構(gòu)成了雙通或多通比例

4、控制放大器。10 例如例如 ：+比例壓力流量復(fù)合閥、多路比例閥等。+雙通道或多通道比例控制放大器能同時單獨(dú)控制二個或二個以上比例電磁鐵。當(dāng)然，雙通道或多通道比例控制放大器并不是兩個或多個單通道比例放大器的簡單組合，而是在構(gòu)造上作了有機(jī)調(diào)整組合而成的，如公用電源等。113、電反響和不帶電反響比例放大器：、電反響和不帶電反響比例放大器： 1、電反響比例控制放大器：、電反響比例控制放大器：用來控制電反響比例閥，也可作為某些閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制器。 2、不帶電反響比例控制放大器：、不帶電反響比例控制放大器：用來控制不帶電反響的比例閥，不能作為閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制器。 兩者在電路構(gòu)造上的最大區(qū)別：兩者在電路

5、構(gòu)造上的最大區(qū)別：12+電反響比例控制放大器設(shè)置有測量放大電路、反響比較電路和調(diào)節(jié)器，但不一定有顫振信號發(fā)生器。+不帶電反響比例控制放大器沒有測放電路、反響單元和調(diào)節(jié)器，但一般有顫振信號發(fā)生器。13、模擬式比例控制、模擬式比例控制放大器：放大器：屬于連續(xù)電壓控制式，功放管工作在線性放大區(qū)，比例電磁鐵控制線圈兩端的電壓為連續(xù)的直流電壓，因此功耗較大。14、開關(guān)式比例控制放大器：、開關(guān)式比例控制放大器：此放大器的功放管工作在截止區(qū)或飽和區(qū)，即開關(guān)狀態(tài)，比例電磁鐵控制線圈兩端電壓為脈沖電壓，因此功耗很小。開關(guān)式比例控制放大器又可分為開關(guān)式比例控制放大器又可分為:+脈寬調(diào)制：最常用+脈頻調(diào)制+脈幅調(diào)制

6、+脈碼調(diào)制+脈數(shù)調(diào)制等。15根據(jù)所控比例電磁鐵的類型分為：根據(jù)所控比例電磁鐵的類型分為：、單向比例控制放大器：、單向比例控制放大器：就是通常所說的比例控制放大器。用來控制普通單向比例電磁鐵。、雙向比例控制放大器：、雙向比例控制放大器：用來控制雙向比例電磁鐵。16根據(jù)比例電磁鐵控制線圈上需要恒根據(jù)比例電磁鐵控制線圈上需要恒定的信號不同而區(qū)分：定的信號不同而區(qū)分：+恒壓式恒壓式+恒流式：恒流式：能抑制負(fù)載阻抗熱特性的影響，且有較優(yōu)的動態(tài)特性。因此比例控制放大器多采用恒流式構(gòu)造。17對不起對不起18、主要作用、主要作用 從標(biāo)準(zhǔn)電源中獲得和別離出比例控制放大器正常工作所需的各種直流穩(wěn)定電源，并且在電網(wǎng)

7、電壓，負(fù)載電流及環(huán)境溫度允許范圍內(nèi)變化時，保證輸出直流電壓的穩(wěn)定性。同時，還兼具電源電壓極性反接，過流，短路自保護(hù)自恢復(fù)等非熔斷式保護(hù)功能，以保證比例控制放大器的工作可靠性。19、構(gòu)成、構(gòu)成包括濾波、穩(wěn)壓和過載保護(hù)等部分。20為滿足各種外設(shè)需要，增強(qiáng)適應(yīng)性，比例控制放大器一般具有多種輸入接口。、模擬量輸入接口、模擬量輸入接口+最簡單的就是利用手調(diào)電位器輸入控制電信號，即手動輸入。+常用安裝在面板上的多圈電位器來調(diào)節(jié)，在比例控制放大器或比例控制系統(tǒng)調(diào)試時使用。21、數(shù)字量輸入接口、數(shù)字量輸入接口為滿足數(shù)字控制的需要，有的比例控制放大器還具有數(shù)字接口。、遙控接口、遙控接口+一些特殊用處的比例控制放

8、大器還具有遙控接口。+比例控制放大器內(nèi)含超高頻調(diào)頻接收單元遙控接口，可承受來自發(fā)射器的無線電控制命令，經(jīng)處理后去控制比例電磁鐵，以實(shí)現(xiàn)無線遙控。22為適應(yīng)各種不同控制對象和工況的要求，比例控制放大器中還有各種信號處理電路，對輸入指令信號進(jìn)展相應(yīng)的對輸入指令信號進(jìn)展相應(yīng)的處理。處理。最常見的有斜坡信號發(fā)生器，階躍函數(shù)發(fā)生器，雙路平衡電路，初始電流設(shè)定等。23、斜坡信號發(fā)生器、斜坡信號發(fā)生器以一個設(shè)定值階躍作為輸入信號，斜坡信號發(fā)生器產(chǎn)生一個緩慢上升或下降的輸出信號，輸出信號的變化速度可通過電位器調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)被控系統(tǒng)壓力或運(yùn)動速度等的無沖擊過渡，滿足系統(tǒng)控制的緩沖要求。24如圖4-7所示，在輸入階

9、躍信號情況下，由于電容C C充電的阻滯作用，可使輸出電壓緩慢而連續(xù)地變化。調(diào)節(jié)可變電阻R能改變輸出電壓的斜率。斜坡預(yù)調(diào)時間，與100%額定輸入電信號相對應(yīng)的設(shè)定值輸入階躍信號相關(guān)。當(dāng)輸入信號設(shè)定值僅為額定值的某個比值時，其斜坡調(diào)整時間也為相應(yīng)預(yù)調(diào)最大斜坡時間的相應(yīng)比值。2526圖4-8是常見的一種階躍信號斜坡轉(zhuǎn)換電路，用來分別調(diào)節(jié)兩個斜坡函數(shù)的速率。適用于被控系統(tǒng)壓力速度上升和下降速率需各自調(diào)節(jié)的場合。輸出幅值的調(diào)節(jié)可通過改變ui實(shí)現(xiàn)。27282、階躍函數(shù)發(fā)生器、階躍函數(shù)發(fā)生器 它的輸出信號經(jīng)放大后，給比例電磁鐵一個階躍電流，使比例閥閥芯快速越過零位死區(qū)，即消弱或排除比例閥閥芯正遮蓋的影響，適

10、應(yīng)零區(qū)控制特性的要求。在控制三位型比例方向閥的比例控制放大器中，一般有階躍函數(shù)發(fā)生器。29 圖4-9是階躍函數(shù)發(fā)生器的原理圖。階躍函數(shù)發(fā)生器在設(shè)定值電壓大于一個較小的電壓值ui時，產(chǎn)生一個恒定的輸出信號，其大小可由P1、P2調(diào)定。當(dāng)設(shè)定值電壓小于ui時，輸出信號為零。3031、雙路平衡電路、雙路平衡電路 在雙路比例控制放大器中，為使兩個比例電磁鐵分別正常動作，且在兩個比例電磁鐵參數(shù)有所不同的情況下仍能得到對稱的控制特性，常采用雙路平衡電路。如圖4-10所示，調(diào)節(jié)電位器P，使B路比例電磁鐵控制通道的增益與A路比例電磁鐵控制通道的增益一樣，同時使B路控制信號反相，保證比例電磁鐵A和B實(shí)現(xiàn)差開工作。

11、3233、初始電流設(shè)定、初始電流設(shè)定電路電路如圖4-11所示，主要用于產(chǎn)生比例電磁鐵的預(yù)激磁電流，調(diào)整比例閥的零位死區(qū)大小，或避開死區(qū)。使比例閥在設(shè)定值輸入時，從起始位置迅速啟動。3435調(diào)節(jié)器是電反響比例控制放大器中的一個組成單元，其作用為其作用為：+用于改善電反響閉環(huán)控制比例閥或系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)品質(zhì)；+使控制比例閥或系統(tǒng)穩(wěn)定并到達(dá)一定的控制精度；+對干擾起抑制作用；+使動態(tài)特性得到進(jìn)步。36調(diào)節(jié)器按使用要求構(gòu)成不同的調(diào)節(jié)特性。常用的調(diào)節(jié)器有P P、I I、D D及其組合。、調(diào)節(jié)器：、調(diào)節(jié)器：具有比例調(diào)節(jié)特性，即輸出量與輸入量成比例。如圖4-12所示，輸出量為：37 KP = R1/R0 比

12、例增益放大系數(shù)特點(diǎn)：特點(diǎn)：+構(gòu)造簡單，調(diào)整容易，對調(diào)節(jié)量的變化響應(yīng)快；+始終存在一個和放大系數(shù)相關(guān)的調(diào)節(jié)偏向靜差；+調(diào)節(jié)器的比例增益KP 越大，靜差越小，調(diào)節(jié)精度越高；但KP過大，會使系統(tǒng)產(chǎn)生自激振蕩。38、調(diào)節(jié)器：、調(diào)節(jié)器：如圖4-13所示，調(diào)節(jié)器的輸出量為輸入量對時間的積分，即TI = R0C積分時間常數(shù)。表示積分速度表示積分速度的大小，的大小， T TI I越大，積分速度越慢，積分作用越越大，積分速度越慢，積分作用越弱。弱。39特點(diǎn)：特點(diǎn)：+只要輸入量ui不 為零，輸出量u0 就不斷地變化，直到輸入量為零，輸出電壓才保持在某一數(shù)值上，因此，調(diào)節(jié)器原那么上能完全消除任何調(diào)節(jié)偏向。+但調(diào)節(jié)器

13、需要較長的調(diào)整時間，當(dāng)調(diào)節(jié)量變化時，反響很慢，且有可能出現(xiàn)較大的超調(diào)。40、I 調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器：如圖4-14所示，I 調(diào)節(jié)器綜合了調(diào)節(jié)器的快速性和調(diào)節(jié)器的準(zhǔn)確性。其輸出量為：41特性：特性：+既能快速地抑制干擾量，又能進(jìn)展準(zhǔn)確的調(diào)整，消除靜差。+對于慣性較大的對象，I調(diào)節(jié)器就不能及時抑制擾動的影響，以致造成較大的動態(tài)偏向和較長的調(diào)節(jié)時間。42、調(diào)節(jié)器：、調(diào)節(jié)器：只對有變化的輸入量產(chǎn)生反響。對固定不變的輸入，不會有微分作用輸出，因此不能抑制靜差。通常只能與其它類型調(diào)節(jié)器配合使用。如圖4-15所示的調(diào)節(jié)器是純微分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的組合。其傳遞函數(shù)為4344、D調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器：如圖4-16所示，D調(diào)節(jié)

14、器中的微分部分影響到調(diào)節(jié)偏向的變化速度，可加速調(diào)節(jié)過程。但PD 調(diào)節(jié)器存在一個靜態(tài)調(diào)節(jié)偏向。45、PID 調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器：綜合了三種控制類型的特性。不但具有良好的動特性，而且能消除靜態(tài)控制偏向。是用得較多的一種調(diào)節(jié)器。46 為了降低比例電磁鐵的摩擦滯環(huán)，往往采用在控制信號上疊加顫振信號的方法。在工程實(shí)際中，由于受機(jī)械加工工藝程度的限制而帶來的性能不一致性，往往還要求比例控制放大器能提供顫振分量頻率和幅度可獨(dú)立調(diào)節(jié)的控制電流。47圖4-20就是這種頻率和幅值分別可調(diào)的三角波顫振信號發(fā)生器。調(diào)節(jié)1，可改變顫振信號頻率；調(diào)節(jié)P2 ,可改變顫振信號的幅值。48在位移電反響比例控制放大器中，為了通過裝在

15、比例閥上的位移傳感器構(gòu)成電反響閉環(huán)，往往附加有與傳感器匹配的測量放大電路。同時，為保證電反響比例閥工作的可靠性，還常帶有傳感器電纜故障識別裝置。49功用：功用：+功率放大級是比例控制放大器的核心單元。+比例控制放大器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能及其工作可靠性，很大程度上取決于功率放大級。+功率放大級除了必須有足夠的輸出功率時，還必須具有良好的靜、動特性。50+輸出的控制電流要有足夠的穩(wěn)定性，能抵抗溫度變化、電流電壓變化的干擾。+此外，功率放大級還需具備幾個附加功能，如：能承受顫振信號，輸出電流能采集和監(jiān)視等。功率放大級主要由信號放大和功率驅(qū)動電路組成。圖4-22是它的典型構(gòu)造。在保證功率放大級工作穩(wěn)定的前

16、提下，一般應(yīng)盡量進(jìn)步前向通道電壓放大倍數(shù)，以進(jìn)步輸出電流抵抗電源電壓波動和負(fù)載阻抗變化的才能，改善電流動態(tài)特性。5152根據(jù)功率放大級工作原理的不同，比例控制放大器有模擬式和開關(guān)式之分。、模擬式功率放大級、模擬式功率放大級目前使用較普遍的比例控制放大器大多采用模擬式功率放大級。這種功率放大級技術(shù)比較成熟，構(gòu)造簡單、穩(wěn)態(tài)控制性能較好；但功耗較大。53、開關(guān)式功率放大級、開關(guān)式功率放大級為了降低功放管功耗，進(jìn)步電功率利用率，緩解由于功耗大引起的一系列不良影響，比例控制放大器采用開關(guān)式功率放大級。54特點(diǎn)：特點(diǎn)：開關(guān)式功率放大級，用開關(guān)放大技術(shù)，使功放管始終工作在飽和區(qū)或截止區(qū)，使功放管的功耗大為降

17、低，電路板的熱負(fù)荷相應(yīng)減小，使散熱裝置體積得以縮小，因此，開關(guān)式功率放大級是一種節(jié)能電路。開關(guān)式功率放大級有脈寬調(diào)制，脈頻調(diào)制，脈幅調(diào)制，脈碼調(diào)制等多種方式，以脈寬調(diào)制式最為常用。55、快速型功率放大、快速型功率放大級級傳統(tǒng)模擬式和開關(guān)式功率驅(qū)動電路，線圈電流的衰減速度緩慢，影響了它控制的比例電磁鐵的動態(tài)頻寬，不能滿足動態(tài)性能要求較高的電液比例控制系統(tǒng)的要求。5657、國際開展概況、國際開展概況國外較早開場了比照例控制放大器的研究工作。許多液壓件制造廠家，均有規(guī)格齊全的系列化產(chǎn)品應(yīng)市。+Rexroth.vickers過去消費(fèi)的比例控制放大器多為模擬式和低頻開關(guān)式，如今逐步向高頻開關(guān)式；+Bos

18、ch大多為快速型，以高頻開關(guān)式為主；58+Binder 那么有很好的標(biāo)準(zhǔn)化;+Moog還提供具有遙控功能的Moogndl系列比例控制放大器；+日本的油研EH系列比例閥，將比例控制放大器集成在位移傳感器插座上，外加液晶顯示，構(gòu)成內(nèi)置式比例控制放大器，體積小、本錢低。592、國內(nèi)開展?fàn)顩r、國內(nèi)開展?fàn)顩r在國內(nèi)，隨著電液比例控制技術(shù)的迅速開展，比照例控制放大器也展開了一系列開發(fā)研究工作。一系列通用型單向及雙向模擬式、開關(guān)式和快速型比例控制放大器研制成功，并投入小批量消費(fèi)。其中的快速型是一種頗有應(yīng)用和開展前途的比例控制放大器。603、比例控制放大器的主要特點(diǎn)和開展趨勢、比例控制放大器的主要特點(diǎn)和開展趨勢

19、、開關(guān)式比例控制放大器應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛，尤其是大功率控制場合，模擬式有被開關(guān)式代替的趨勢。這是因為以開關(guān)放大原理工作的功率放大級易做成高頻響構(gòu)造，功耗小、易于小型化、集成化。、在開關(guān)式中，最常用的是脈寬調(diào)制型；其中高頻開關(guān)式比傳統(tǒng)的低頻開關(guān)式有更好的穩(wěn)態(tài)控制性能，因此，高頻開關(guān)式將占主導(dǎo)地位。613 3、快速型高頻響型和普通型比例控制放大器將并存，以滿足不同控制系統(tǒng)的要求。4 4、輸入接口多樣化，增強(qiáng)適應(yīng)性和自動化程度，便于控制。除通常的模擬量輸入接口外，還帶有數(shù)字接口，邏輯開關(guān)等，可直接與微機(jī)或可編程控制器聯(lián)接，或受微機(jī)或可編程控制器控制。甚至還有遙控功能5 5、比例控制放大器本身集成化、智

20、能化；比例控制放大器、傳感器、測量放大電路和液壓元件一體化。626 6、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、商品化。標(biāo)準(zhǔn)化主要指電源的標(biāo)準(zhǔn)化，輸入信號的標(biāo)準(zhǔn)化和印刷電路板及連接插座的標(biāo)準(zhǔn)化。631、Rexroth VT3000S30不帶反響雙不帶反響雙路路比例控制放大器比例控制放大器該比例控制放大器用以控制不帶電反響的先導(dǎo)式雙電磁鐵比例方向閥。2、Vickers EEAPAM118A/B30帶反響單路帶反響單路比例控制放大器比例控制放大器這是Vickers公司帶反響控制比例放大器的一種，用來控制電反響比例溢流閥。64、BKT 12帶反響快速開關(guān)式雙路比例帶反響快速開關(guān)式雙路比例控制放大器控制放大器這是浙江大學(xué)流體

21、傳動及控制研究所為適應(yīng)比例控制技術(shù)向高動態(tài)、高精度方向開展的需要而開發(fā)的。其主要特點(diǎn)為：+采用開關(guān)放大技術(shù)，降低了功耗；+采用高頻脈寬調(diào)制，使顫振分量頻率和幅度單獨(dú)可調(diào)，改善了穩(wěn)態(tài)控制性能；+采用反接卸荷功率驅(qū)動電路，進(jìn)步了比例電磁鐵電流動態(tài)響應(yīng)的快速性。654、雙向比例控制放、雙向比例控制放大器大器用來控制耐高壓雙向極化式比例電磁鐵。66電液比例控制技術(shù)之所以能廣泛應(yīng)用于各種不同要求的傳動與控制系統(tǒng)，比例控制放大器的靈敏性是一個重要的因素。對前述通用型比例控制放大器主要是信號處理部分略加改造，就可衍生出滿足各種不同控制系統(tǒng)特殊要求的專用放大器。67在電液比例控制系統(tǒng)或內(nèi)含反響的電液比例控制元

22、件中，流量、壓力、位移、轉(zhuǎn)角等常通過傳感器件予以檢測，經(jīng)放大處理后成為反響信號，構(gòu)成系統(tǒng)或元件內(nèi)部的閉環(huán)。68轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換元件元件信號處理信號處理與放大與放大被測量電量電源非電量反響變量圖圖4-33檢測反響系統(tǒng)的根本組成檢測反響系統(tǒng)的根本組成69由圖可知，它主要由兩部分組成：1、傳感器或檢測轉(zhuǎn)換器件：、傳感器或檢測轉(zhuǎn)換器件：用來對實(shí)際值進(jìn)展檢測，并將被測量轉(zhuǎn)換成電量或其它非電量。2、信號處理與放大單元：、信號處理與放大單元：用來對轉(zhuǎn)換后的電量或非電量進(jìn)展處理和放大，使之成為可以與系統(tǒng)的控制輸入量進(jìn)展比較的物理量，以構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)或元件內(nèi)部的部分閉環(huán)。70注意：注意：+眾所周知，控制系統(tǒng)所能到達(dá)的精度，不可能比實(shí)際值檢測的精度高，因此傳感器件檢測裝置的精度應(yīng)比系統(tǒng)或元件要求的高數(shù)倍至十?dāng)?shù)倍。與對傳感器件的精度要求相適應(yīng)，對信號處理和放大單元也應(yīng)有相應(yīng)的技術(shù)限制。+實(shí)際值的檢測可以是數(shù)字式的，也可以是模擬式的，從而信號處理和放大部分也有相應(yīng)的區(qū)別。71主要介紹可單獨(dú)對系統(tǒng)或元件的位移轉(zhuǎn)角，速度，壓力，流量等進(jìn)展檢測的傳感器件，其輸出量一般可轉(zhuǎn)化為電量。1、位移轉(zhuǎn)角傳感器件：、位移轉(zhuǎn)角傳感器件：將位移轉(zhuǎn)角信號轉(zhuǎn)化成電信號。常見的位移傳感器