电业比例论文.docx

电业比例论文.docx

《电业比例论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电业比例论文.docx（11页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

电业比例论文

电液控制技术及其运用

[摘要]：

电液比例控制技术作为连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁，已经成为现代控制工程的基本技术结构之一。

它自身具有控制灵活、精度高、快速性好等优点，电液比例控制技术的应用已经得到相当的重视，在新系统设计和旧设备改造中正成为用户的重要选择，对提高企业的技术设备水品和设备的自动化程度，发挥了极为重要的作用。

目前，电液比例控制技术正在与新的控制策略紧密结合，表现出强大的技术优势。

[关键词]：

电液比例技术机电一体化技术电液比例变量泵

1.前言

电液比例控制技术是在以开环传动为主要特征的传统液压传动技术和以闭环控制为特征的电液伺服控制技术的基础上，为适应一般工程系统对传动与控制特性提出的更高要求，从上世纪六七十年代开始逐步发展起来的流体传动以控制领域中一个具有旺盛生命力的新分支[1]，电液比例控制系统是电液控制技术的一项新发展，是微电子技术与液压技术的重要接口，它集中了机电一体化、远距离控制，使被控系统能按复杂程序动态响应[2]。

现今电液比例控制技术控制精度高安装使用灵活，抗污染能力强，制造成本低，能量损失低等多方面的优点已成为工业机械、工程建筑不可或缺的重要手段，它节约了制造的成本，提高了生产效率，更好的推动国民经济向前发展，对改善人民的生活水品打下了坚实的基础。

电液比例技术控制系统耗能低，反应较快，动态精度高对国防尖端产品有重要意义，国防技术得到提高军事实力的提高就有了保证，那么一个国家的政治地位在一定程度上也得到提高。

2.基于虚拟仪器的电液比例变量泵自动测控系统[3]

1.1自动测控系统结构的原理图和用途介绍

电液比例变量泵测控系统由传感器、二次仪表、信号调理器、数据采集卡、可编程逻辑控制器、工控机和电液比例变量泵试验台组成。

图1为其液压系统原理图。

由图1可以看出，电液比例变量泵6是在普通的压力流量复合控制变量泵的基础上，在泵出口与负载敏感阀3左腔上并联比例节流阀5，来控制泵出口流量；在泵出口的另一条支路上由比例溢流阀2与安全阀1并联来控制泵出口压力。

1-安全阀；2,7-电液比例溢流阀；3-负载敏感阀；4压力限制器；

5-电液比例节流阀；6-被试泵；8,9,10,11-压力传感器；

12,13-流量计

图1电液比例变量泵测控系统原理图

测控系统的结构框图如图2所示。

该测试系统由传感器模块、信号调理装置、数据采集设备、比例放大器、工控机及PLC等组成。

图2测控系统结构图

试验测得的变量泵参数（如压力、流量等）和电动机的参数（扭矩和转速），通过相应的传感器转变为易处理的电信号。

信号调理装置对采集的电信号进行放大、滤波及频率／电压转换等工作，满足数据采集卡的输入要求。

数据采集设备主要用于整个测控系统中参数的采集与控制信号的输出。

比例放大器将控制程序输出的电压信号进行放大并转换为驱动比例电磁阀上电磁铁动作的电流信号，改变阀开口大小，进而改变液压系统某处的压力和流量。

工业控制计算机具有工作可靠性高、抗干扰能力强、防震、防潮、体积小等特点，是测控系统的核心，也是测试软件运行的载体。

PLC是电气系统的核心，具有极强的逻辑控制性能，使测控系统中各阀调节方便、精确，而且电、液结合可以很好的实现远程控制。

1.2自动测控系统的类别

本系统是基于计算机技术、PI和虚拟仪器技术，对电液比例变量泵的测控系统进行了设计并开发。

所以该系统属于电液比例控制技术。

1.3自动测控系统的结构介绍

硬件结构

测控系统硬件主要由以下元器件组成：

①被试泵（伊顿公司，ADU049R+PQcontro1）；②工控机（研华公司IPC-610）；③比例放大器（Vickers，EEA-PA～I_525一A一32和EEA—PAM-553-A-32）；④采集卡（研华公司，PCI一1713、PCI一1724和PCI1750）；⑤流量计（VES公司）；⑥压力传感器（HY—DAC公司，0-600bar，0-250bar和O一5bar）；⑦PLC及扩展模块（西门子公司，S7—300）；⑧信号调理设备（自制）。

软件特点

测控软件是测控系统的重要组成部分，该测控系统软件采用的虚拟仪器（virtualinstrument，VI）是1986年由NI公司推出的，它是一种图形化的编程语言，功能十分强大，适用于各种编程任务。

软件包含丰富的函数、数值分析、信号处理和设备驱动等功能。

适用于测量和控制软件的开发，自动化系统的组建和控制等场合，是一种面向最终用户的开发工具[4]。

1.4自动测控系统的工作过程介绍

对被试泵进行测试，要求转速、压力、流量等参数具有较高的精度，并且能够保持稳定。

现有的机械式测试设备采用人工检测和手动调节，受人为和环境因素、仪器测量精度的影响较大，必然导致系统测试结果偏差大、测试重复性差。

为有效解决压力、流量、速度等稳定性差和测试结果不精确的问题，系统采用了以下技术方法：

①采用变频调速器、电液比例阀等器件；②对转速、压力和流量等参数进行闭环控制；③隔离液压系统与控制部分；④采用传感器自动校正、高分辨率的数据采集系统及软硬件综合数据处理的测量方法。

（1）闭环调速

在测试过程中，液压泵转速在500~3600r／min范围内变化，且转速精度要求较高。

普通电机调速机构转差率高，转速控制精度低，不能满足测试精度的要求。

本测控系统采用PLC闭环控制变频调速器的方法实现电机转速的调节。

在调速系统中引入比例积分（PI）调节器组成的闭环反馈系统能够消除误差，实现变频电机转速按照设定值快速、稳定的调节和精确的控制。

其结构原理图如图4所示。

图4转速控制

系统的被调节量为变频电动机输出的转速值，由转速仪转换成相应的电信号。

电信号和工控机给定的转速设定一起成为PI调节器的输入值，进入PLC。

PLC经过闭环控制后的输出值控制变频调速器，根据公式

（1）：

n=16f（1一s）／p

（1）

式中：

为变频电动机的转速；f为电网频率；s为电动机转差率；为电动机极对数，可知，转速与电网频率厂成正比。

在转速控制系统中，采用闭环调节电网频率达到间接闭环调节电机输出转速的目的[5]。

实际测试中，该方法不仅可以实现较高的转速精度，同时在调节的快速性和稳定性上效果也非常好。

（2）压力、流量闭环调节

在压力的测试过程中，要求压力稳定、准确，传统的手动式或开环控制式调压阀，受输出流量等因素的影响，输出压力无法自动跟随调节，导致实际测得的压力误差较大且稳定性差。

本测控系统中采用电液比例阀和高精度的压力传感器，并运用压力的闭环控制方案，达到压力稳定性和准确性的要求。

压力闭环控制系统结构如图5所示。

图5压力闭环调节结构系统图

本文利用PLC采用PID控制算法进行系统压力控制，但由于比例电磁阀模型复杂，内部含非线性环节，使得在调试时无论怎么设置P、I、D三个参数都无法得到理想的效果，消除了静差会牺牲系统响应速度，提高了响应速度又导致系统不稳定。

于是，我们采用分段积分的方法进行调节，既提高了响应速度又消除了静差。

该算法流程如图6所示。

其中，Ps是闭环控制系统给定压力，P是闭环控制系统的反馈压力。

为控制误差P的阀值，V是比例放大板上输入电压，该电压通过比例放大板转换为驱动比例溢流阀电磁铁的电流值，驱动阀芯移动，改变比例溢流阀设定压力。

当P不在设定阀值内，系统采用大步长增量式积分控制算法加快系统的响应速度；当P在阀值内，采用对误差P积分控制算法。

试验结果表明，这种控制算法不仅能满足精度和稳定性的要求，同时提高了响应的快速性。

图6分段积分控制算法流程图

为适合各种型号变量泵的测试，设计了变量泵通用接口，并在一些控制和执行元件及接口板件的设计和选择上，也力求满足兼容性和通用性的要求。

程序按模块化进行兼容设计，便于升级和扩展。

对其他型号的变量泵特别是新型变量泵进行测试时，只需更换连接变量泵的容接口，改变的参数和结构便可进行测试。

通过软件编程，将某些复杂、重复的工作由程序来完成，以人机交互方式自动执行试验项目测试、结果处理、设备诊断，并满足智能控制的需要。

利用电液比例控制技术、电机变频调速技术以及软硬件测试接口优化技术，实现变量泵测控系统的自动化、智能化[6]。

1.5测控系统的性能特点

上面所述的电液比例泵测控系统，采用转速闭环压力闭环和流量闭环控制后，使转速、压力和流量参数的精度分别小于1%、0.5%和1%。

利用PLC实现这些参数的闭环控制，不仅满足了系统测试精度的要求，而且具有更高的可靠性和更强的抗干扰能力。

运用虚拟仪器作为该测控系统的开发软件，大大简化了操作过程、节约了操作时间。

系统采用了硬、软件标准化、模块化的设计，使得程序的开发周期大大缩短，可移植性增强，维护和升级更为方便，对同类系统的设计与实现有一定的借鉴作用。

本系统已试用于国内某厂液压泵综合实验，使用效果表明：

本系统的设计是合理的、可行的，能够满足高精度、多功能的测试要求。

3.基于虚拟仪器的电液比例变量泵自动测控系统与所学专业紧密结合的论述

2.1电液比例自动测控系统属于机电一体化技术应用实例

机电一体化是计算机技术、微电子技术以及自动化技术与机械装置、动力设备有机整合的必然结果,从某种程度来说,机电一体化的过程是一个集成化的历程。

电液比例变量泵自动测控系统运用虚拟仪器技术进行液压系统监测和控制，使之与功能强大的计算机技术和可靠性强的PLC结合，从运用的技术上看电液比例变量泵自动测控系统属于机电一体化技术。

2.2电液比例自动测控系统涉及的机电一体化技术

计算机和PLC的结合使用，采用传感器自动校正、高分辨率的数据采集系统及软硬件综合数据处理的测量方法等都属于机电一体化的技术。

2.3机电一体化技术的技术体系结构[7]

（1）机械技术　　

机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。

在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。

（2）计算机与信息技术　　

其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。

（3）系统技术　　

系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。

（4）自动控制技术　　

其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。

（5）传感检测技术　　

传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。

其功能越强，系统的自动化程序就越高。

现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保护。

（6）伺服传动技术　　

包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。

2.4电液比例自动测控系统中没有学到的技术

传感器自动校正，高分辨率的数据采集系统及软硬件综合数据处理的测量方法这些我们目前都没学到。

3.机械电子工程专业的基本论述

3.1所学专业的基本属性

机械电子工程专业俗称机电一体化，是机械工程与自动化的一种，也是最有前途的一种方向。

机械电子工程专业包括基础理论知识和机械设计制造方法，计算机软硬件应用能力，能承担各类机电产品和系统的设计、制造、试验和开发工作。

3.2专业的地位、研究的对象及要解决的问题

机械电子工程专业培养具有机械电子工程专业基础知识与专业技能，能在生产一线从事机械电子工程专业产品的设计制造、控制开发、应用研究和生产管理等工作的应用型高级专门人才；培养能在中、高等职业教育领域从事机电一体化专业的理论教学、专业实践指导和学生管理工作的复合型职教师资。

机械电子工程要从事机电液一体化系统的动力特性、动力模型、运动行为与控制策略的理论研究。

3.3所学专业（或方向）与专业密切相关的主要课程有哪些？

　与所学专业密切相关的课程电工与电子技术、机械制图、工程力学、机械设计基础、液压与气动技术、机械制造技术基础、电气控制与PLC、单片机原理与接口技术、数控原理与维修、机电系统设计与微机控制。

3.4所学专业（或方向）能够从事哪些工作？

毕业生可到各类机械设计与制造企业、电子及电器企业及其它生产部门、公司、科研与教学部门从事机电品的设计、制造、管理、教学、开发、销售及技术服务等工作。

4.电液控制工程技术及应用重要性的基本看法

4.1电液控制工程技术发展的历程

1）从1967年瑞士Beringer公司生产KL比例符合阀起，到70年代初日本油研公司申请了压力和流量两项比例阀专利为止，标志着比例技术的诞生时期。

2）1975年到1980年间，可以认为比例技术的发展进入了第二阶段。

采用各种内反馈原理的比例元件大量问世，耐高压比例电磁铁和比例放大器在技术上也日趋成熟。

3）20世纪80年代，比例技术的发展进入了第三阶段。

比例元件的设计原理进一步完善，采用了压力、流量、位移内反馈和动压反馈及电校正手段，使阀的稳态精度，动态响应和稳定性都有了进一步的提高。

4）20世纪90年代中后期开始，比例技术在固定工程设备上不断得到广泛应用的同时，开始大量进入行走机械领域，各种节能的负载敏感控制、负载适应控制等节能器件与系统日益增多。

4.2电液控制工程技术内涵与技术体系

电液比例技术作为连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁，已经成为现代控制工程的基本技术构成之一。

广义地讲，在应用液压传动与控制和气压传动与控制的工程系统中，凡是系统的输出量，如压力、流量、位移、转速、速度、加速度、力、力矩等，能随输入控制系统连续成比例地得到控制，都可称为比例控制系统。

电液比例技术是一门综合性技术，既实现了液压动力传动，又具有电子控制的灵活性。

带比例电磁铁的比例阀、比例泵为电子控制提供了合适的接口，从而生产机械的工作循环更加灵活，甚至能方便实现可编程控制和传动。

工作过程柔性很大的各类传动控制系统统一在一起。

电液比例技术填补了传统开关式液压传动技术与电液伺服技术之间的空缺。

电液比例技术已经和正在使各类通用机械和专用机械有可能成为全新概念的机械。

4.3电液控制工程系统的类别

1）比例流量控制系统2）比例压力控制系统3）比例速度控制系统

4）比例位置控制系统5）比例力控制系统6）比例同步控制系统

4.4电液控制的应用范围

工程技术、交通运输、电力部门、冶金机械、兵器工业、轻工机械、汽车工业、智能机械、车床工业等。

4.5电液控制技术的发展趋势

1）.多功能集成电液元件的开发（亦称整体闭环式电液元件）；

2）.具有数字接口的电液元件和检测元件；

3）.采用现代控制理论对液压系统动态特性进行补偿；

4）.液压私服系统的非线性控制、鲁棒控制和智能控制等；

5）.液压伺服控制的神经网络算法及相应硬件实现；

6）.机器人伺服系统的解耦与特性补偿。

5.体会与感想

通过学了实用电液比例技术这门课程后，我了解到了电液比例控制技术是从六七十年代开始逐步发展起来的流体传动与控制领域中一个具有旺盛生命力的新分支。

他有简化液压系统，实现复杂程序控制，利用电信号便于实现远距离控制或遥控，利用反馈提高控制精度或实现特定的控制目标等特点。

同时我了解到了电液比例控制工程的发展历程、技术内涵、技术体系、运用范围等，该技术运用的范围极广，它已经成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可或缺的重要手段，得到了相关工业界、技术界的格外重视虽然现在对电液比例控制工程这个技术的了解，掌握和运用，不论是理论上，还是实践上，都有很多问题需要研究、探讨、总结与提高，我相信这个技术会逐步像电液伺服控制技术哪样，形成相应的科学体系，以更好地推动技术的发展和相关人才的培养。

参考文献

[1]吴根茂，邱敏秀，王庆丰，魏建华，孔晓武，傅新，《新编实用电液比例技术》，杭州

浙江大学出版社，2006.8（2010.9重印）．

[2]段性军，杨淑先，电液比例技术原理及其运用分析[J].中国科技信息，2006，（22）；88-99，91

[3]来自

[4]E2]姜万录，牛慧峰等．基于虚拟仪器的电液比例方向阀静动态特性综合CAT系统[J]

传感技术学报．2005

[5]王有庆，田涌涛，王占杭等．用PLC实现电机速度闭环控制[J]．机床与液压．2002．

[6]潘伟，王汉功，张霞．基于虚拟仪器技术的液压泵试验台自动测试系统设if[J]．机床

与液压．2004．魏

[7]来自