比例阀讲义

第一章比例技术概述§1-1 比例技术含义电液比例技术是连接现代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础技术构成之一。

一、比例技术含义１、广义定义：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，能随输入控制信号连续成比例地得到控制的，都可称为比例控制系统。

2、分类二、电液比例控制技术的特点1、很多年来，大多数工业液压系统曾经用电器方法实现顺序控制但却靠手动调整。

（换句话说，执行器的起动、停止和方向控制曾经用电磁铁来实现，但是流量和压力的设定却是靠手动调整阀。

在许多用途中已经证实这是一种令人满意的配置而且完全可以继续这样做。

）2、当一个系统中需要若干种不同的流量或压力时，用这种传统的控制方法可能有所不足：这可能造成控制和切换阀数量增加并且有时不能从一种工况平稳地过渡到另一种工况。

为了实现执行器的加速和减速控制，通常意味着在系统中增加额外的阀，从而提高系统的成本和复杂性。

3、当需要高性能的速度或位置控制时，过去伺服阀曾经是唯一实用的解决办法，通常用于闭环控制配置。

伺服阀是一种高技术条件的方向和流量控制阀，不可避免地带来成本高、不耐污染、维修不便等问题。

在并不需要伺服阀的全部性能潜力的应用场合，这些问题可能成为主要的缺点。

4、发展比例阀产品的部分目的在于填补简单的通/断电磁阀与考虑的伺服阀系统之间的空白。

虽然比例阀的性能也许不如伺服阀（在响应时间、滞环等方面），但对许多应用场合来说是足够的,而且可以表现出明显的成本优势。

§1－2 比例技术发展概况从1967年瑞士Beringer公司生产KL比例复合阀起，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。

1975 ~1980年间，比例技术的发展进入了第二阶段。

80年代，比例技术的发展进入了第三阶段。

§1－3电液比例控制的技术特征一、性能特点：表1－2列出了电液伺服元件、电液比例元件、开关元件的性能对比。

表1-2. 伺服、比例、开关元件性能对照表二、原理特点由图可知，近期发展的高性能比例阀，一般都内涵 主控制参量的反馈闭环。

这种反馈闭环，可以是主 控制参量的机械或液压的力反馈，也可以是主控制 参量的电反馈。

目前市场上提供的比例阀，型式众多。

有占主导地 位的力反馈和电反馈现代比例阀，也有不内涵主控 制参量反馈闭环的早期开发的比例阀（含局部小闭 环）。

二者在性能上有较大差别。

三．结构特点早期比例阀，多数是用比例电磁铁替代传统工业液 压阀的调节手柄而成。

近期的比例阀具有如下特点： 1、与插装阀结合，开发出各种不同功能和规格的二 通插装式比例阀，插孔符合ISO 和国标。

二通插装 开关和比例控制元件，具有结构上的兼容特性。

2、生产批量较大的比例压力阀、比例方向阀，常与 开关阀通用主阀阀体（有的甚至通用先导阀体），有利于生产管理和标准化设计，也将给原有液压系统的技术改造带来方便。

3、应用新近开发的双向极化式耐高压比例电磁铁，发展了三通（P 、A 、O 三个主通油口）插装式比例阀，其插孔正在形成标准。

4、力反馈比例元件可以配用多种控制输入方式，不同的输入单元，具有统一的联接尺寸。

5、比例泵的恒压、恒流、压力流量复合等多种功能控制块，多采用组合叠加方式，便于在其泵上进行控制功能的增减组合。

6、已经出现控制放大器、电磁铁和比例阀，以及测量放大器、电磁铁和比例阀组合成一体，即电液一体化结构。

更进一步，比例阀与动力油源，与执行机构组合，形成机电液一体化结构。

这是当代机械工业及工程控制系统发展的重要特征。

机电液一体化的框图如图１－４所示。

电子环境 机械环境§1－4 比例控制系统的构成分类及特点一、比例控制系统的构成与分类１．构成由电子放大及校正单元，电液比例控制单元（含电机械转换器在内的比例阀、电液比例变量泵和变量马达），动力执行单元及动力源，工程负载及信号检测反馈处理单元所组成，见图１－５。

1)、系统的指令及放大器件：该单元多采用电子设备。

2)、电－机械转换器：往往采用比例电磁铁。

其功能是将放大器输出的控制电流或电压信号，转换为机械量的控制信号（力、力矩、位移、转角）。

3)、液压转换及放大器件：就是比例阀、比例泵及马达，实际上是一功率放大单元。

4)、液压执行元件：是液压缸或液压马达，其输出参数只能是位移、速度、加速度和力，或者转角、角速度、角加速度和转矩。

5)、动力执行单元：系统可通过设置液压（压力和流量）和机械参数中间变量检测反馈闭环，或动力执行单元输出参数检测反馈闭环，来改善其稳态控制精度和动态品质。

6)、信号处理单元：可采用模拟电子电路、数字式微处理芯片或微型计算机来实现。

（数字式集成电路在精度、可靠性、稳定性等项均占优势，其成本也越来越低廉，故应用日益广泛）。

２．分类1)、根据检测反馈闭环的不同，可将比例控制系统分为闭环控制系统和开环控制系统。

闭环控制系统：系统设置动力执行单元输出参数（压力、力、力矩、位移、速度和加速度）检测反馈闭环。

开环控制系统：是控制元件内部，对整个控制系统而言只是中间参量的小闭环。

２)、按功率调节元件的不同，可将比例控制系统分为节流控制系统和容积控制系统。

而容积控制系统又可分为液压泵调节和液压马达调节。

节流控制系统的特点：动态响应快，利用公共恒压油源可控制不同执行元件（三通调速阀构成的负载适应系统除外），功率损失较大。

容积控制系统的特点：节能。

（事实上，现代容积控制多是通过电液节流控制元件，对液压泵或马达的排量参数（倾角或偏心量）进行控制而实现的。

）３)、按被控参数的不同分类：位置（或转角）控制系统；速度（或转速）控制系统；加速度（或角加速度）控制系统；压力（或压差）控制系统；力（或力矩）控制系统；其他参数控制系统。

二、比例控制系统的基本特点１、可明显地简化液压系统，实现复杂程序控制通过输入信号按预定规律的变化，连续成比例地调节受控工作机械作用力或力矩，往返速度或转速，位移或转角等，是比例控制技术的基本功能，这一基本功能，不仅改善了系统控制性能，而且大大简化了液压系统，降低了费用，提高了可靠性。

图1-9所示为机床进给控制的对比。

系统在工作台启动和制动过程中，可实现加速和减速工况。

为实现6挡速度控制，图a采用了三组三位四通电磁阀和6个节流阀；为达到三级压力控制，需要一个三位四通电磁阀和三个压力先导阀。

而达到同样的性能要求，图b只需一个电液比例方向阀和一个比例溢流阀，可使系统得以显著简化。

并能实现精确而无冲击的加速或减速，不但改善了控制过程品质，还可缩短工作循环时间。

２．利用电信号便于实现远距离控制或遥控采用电液比例控制系统不但可实现远距离有线或无线控制，也可改善主机的设计柔性，并且可以实现多通道并行控制。

图1-10所示的关节式云梯系统，可由在蓝车上的工作人员自己操作电控器，以实现所需空间位置的精细远控。

３．利用反馈提高控制精度或实现特定的控制目标如图1-11所示：锯片旋转由感应电机M驱动，切割进给由比例调速阀控制液压缸的运动速度来实现。

当切割负荷增大或减小时，感应电机的相电流也随之变化，该误差信号经电流互感器和比例阀控制放大器实现反馈控制，以调整进给速度和改变切削负荷，从而达到锯片恒速运行的目标。

该系统由于采用了电液比例流量控制阀，实现了负载功率敏感闭环恒速调节，使切割机效率提高，并可避免由于负载而引起设备故障。

第二章 比例控制放大器与检测反馈系统比例控制放大器：是一种用来对比例电磁铁提供特定性能电流，并对电流比例阀或电液比例控制系统进行开环或闭环调节的电子装置。

它是电液比例控制元件或系统的主要组成单元。

检测反馈系统：是电液比例元件或系统中的组成单元之一。

它是元件内部闭环或系统闭环控制中必不可少的部分。

在闭环控制中，它检测出实际控制量，并通过反馈与设定值相比较。

２-1 比例控制放大器概述在电液比例控制系统中，对比例控制放大器一般有以下要求：１）、良好的稳态控制特性２）、动态响应快、频带宽 ３）、功率放大级的功耗小４）、抗干扰能力强，有很好的稳定性和可靠性 ５）、较强的控制功能 ６）、标准化、规范化 一、典型构成：根据电 － 机械转换器的类别和受控对象 的不同技术要求，比例控制放大器的原理、 构成和参数各不相同。

随着电子技术的发展，放大器的元件、线路以及结构也不断改善。

图４-1是比例控制放大器的典型构成。

二、分类比例控制放大器根据受控对象，功率及工作原理等的不同，可有多种分类方式。

常见有： 1、单路和双路比例控制放大器： 1）、单路比例控制放大器：用来控制单个比例电磁铁驱动工作的比例阀。

例如： 比例流量阀、压力阀、单电磁铁二位（三位）比例方向阀等。

2）、双路比例控制放大器：用来控制双电磁铁驱动工作的三位比例方向阀等。

解释:双路比例控制放大器工作时，始终只让其中一个比例电磁铁通电，这是三位比例方向阀工作所要求的，因此，它与下述的双通道比例控制放大器是完全不同的。

2、单通道、双通道和多通道比例控制放大器：1）、单通道比例控制放大器：就是单路比例控制放大器，只能控制一个比例电磁铁。

2）、双通道、多通道比例控制放大器：将二个或二个以上单通道比例控制放大器集中在一块标准的控制板上，就构成了双通或多通比例控制放大器。

例如：比例压力流量复合阀、多路比例阀等。

双通道或多通道比例控制放大器能同时单独控制二个或二个以上比例电磁铁。

当然，双通道或多通道比例控制放大器并不是两个或多个单通道比例放大器的简单组合，而是在结构上作了有机调整组合而成的，如公用电源等。

3、电反馈和不带电反馈比例放大器：1）、电反馈比例控制放大器：用来控制电反馈比例阀，也可作为某些闭环控制系统的控制器。

2）、不带电反馈比例控制放大器：用来控制不带电反馈的比例阀，不能作为闭环控制系统的控制器。

两者在电路结构上的最大区别：电反馈比例控制放大器设置有测量放大电路、反馈比较电路和调节器，但不一定有颤振信号发生器。

不带电反馈比例控制放大器没有测放电路、反馈单元和调节器，但一般有颤振信号发生器。

４、模拟式和开关式比例控制放大器１）、模拟式比例控制放大器：属于连续电压控制式，功放管工作在线性放大区，比例电磁铁控制线圈两端的电压为连续的直流电压，因而功耗较大。

２）、开关式比例控制放大器：此放大器的功放管工作在截止区或饱和区，即开关状态，比例电磁铁控制线圈两端电压为脉冲电压，因而功耗很小。

开关式比例控制放大器又可分为:脉宽调制（ＰＷＭ）：最常用脉频调制（ＰＦＭ）脉幅调制（ＰＡＭ）脉码调制（ＰＣＭ）脉数调制（ＰＮＭ）等。

５、单向和双向比例控制放大器根据所控比例电磁铁的类型分为：１）、单向比例控制放大器：就是通常所说的比例控制放大器。