电液比例控制技术的研究

ａｒｍ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｔａｓｋ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｉｖｅ；ｒａｉｓｅ－ｒｉｓｅ ａｒｍ
１ 电液比例控制技术的概况
１．１ 电液比例技术的发展背景及特点
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｐｒｏｐｅｒｔｉｏｎａｌｌｙ ｍｏｄｕｌａｔｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐａｒａｍｅ－ ｔｅｒ ｂｙ ｉｎｐｕｆｆｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｅ ＵＳＧ ｏｔ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｈｉｇｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ． ｓｔｒｏｎｇ ｒｅｓｉｓｔｉｂｉｌ时ｏｆ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｄｄｌｅ ｐｒｉｃｅ．ＳＯ ｉｔ ｇｅｔｓ ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ ｒｉｆｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈ－ ｎｏｌｏｇｙ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ｒａｉｓｅ－ｒｉｓｅ
１．２电液比例系统及其组成
电液比例控制的核心是比例阀。电子放大器根据一个 输入电信号电压值的大小转换成相应的电流信号，这个电 流信号作为输入量被送入比例电磁铁，电磁铁将此电流转 换为作用于滑阀芯／锥阀芯上的力，以克服弹簧的弹力。电 流增大，输出的力相应增大，该力或位移又作为输入量加给 液压阀，后者产生一个与前者成比例的流量或压力。电磁 铁断电后，复佗弹簧使阀芯返回中位。通过这样的转换，输 入电信号的变化，不但可以控制执行器和工作部件的运动 方向，而且可对其作用力和运动速度进行无级的调节，使系 统的输出量与给定值保持在允许的范围之内，与此同时输
，机械制造与研究·
许振保，等·电液比例控制技术的研究
伺服阀，用于大多数的工业控制中。由于伺服比例阀在使 用时对油液清洁度的要求只需ＮＡＳ ７—９级口Ｊ，而价格又 远低于相同参数的伺服阀，使其进入市场的竞争能力很 强。从而采用新的伺服比例阀替代喷嘴挡板阀在工业领 域是理所当然的事情，在国内推广也只是时间的问题，这 将给用户带来明显的经济效益。
性，根据系统动态特性的分析，选择系统校正方法； ｂ）比例阀中位死区在位置闭环控制系统中对系统性能的
影响比较严重，线性化补偿方法能够减小比例阀死区的影响， 但还应进一步寻求解决比例阀死区影响的非线性化方法。
３ 结语
参考文献：
山东科技大学机器人研究中心承担的国家８６３计划 课题“配电作业带电作业机器人”和山东省重大科技项目 “新型带电作业机器人”的研究与设计。该项目是为了克 服当今电力行业人工带电作业危险性大、经济效益损失较 大等缺陷，提高带电作业的自动化、智能化水平而设计的。 通过对提供配电带电作业机器人作业平台的高空作业车 举升臂系统的分析与研究，结合电液比例技术，课题组设 计了一套电液比例控制系统，适应于高空作业车举升臂液 压驱动系统。该液压驱动系统以电液比例阀控马达速度 控制系统为研究对象，通过分析系统结构及负载的特性， 构建系统传递函数，分析其动态特性，分析减小比例阀中 位死Ⅸ的方法，达到改善高空作业车举升臂液压驱动系统 性能的目的。
１．３ 电液比例控制系统的特点
电液比例控制是指用输入的电信号来调制液压参数， 使之连续成比例的变化。可用于开环或闭环系统中，以实 现对各种运动进行快速、稳定和精确的控制¨ｏ。比例控 制技术是在开关技术和伺服控制技术之间的过渡技术。 从控制特性看，更接近伺服控制系统；从抗污染、可靠性和 经济性看，更接近开关控制系统。因此它兼有二者的许多 优点。具有控制原理简单、控制精度高、抗污染能力强、价 格适中等特点，受到人们的普遍重视。它是在普通液压阀 基础上，用比例电磁铁取代阀的调节机构或普通电磁铁， 采用比例放大器控制比例电磁铁，实现对比例阀连续控 制，从而实现对液压系统压力、流量及方向的无级调节。
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图１电液比例控制系统பைடு நூலகம்
由图１可知组成电液比例控制系统的基本元件有：指 令元件、比较元件、比例放大器、比例阀、液压执行元件及 检测反馈元件等。以上各组成部分中，液压控制元件（如 比例阀）、执行元件和负载的作用是密切相关的，把三者 的关系称之为液压动力机构。此外，系统中还可能含有各 种校正装置，用来改善系统的动静态特性。
电液比例控制的主要缺点是：与开关控制相比，其成 本较高，技术较复杂；与伺服系统相比，其控制精度低，组 成的闭环系统易产生不稳定的状态。
２ 电液比例控制技术的国内外发展 现状及发展趋势
２．１ 电液比例控制技术的国外发展现状
国外电液比例技术的研究始于２０世纪４０年代，到７０ 年代投入了广泛的工业应用，至今己形成完整的产品品 种、规格系列，并对己成熟的产品，为进一步扩大应用，在 保持原基本性能与技术指标的前提下，向着简化结构、提 高可靠性、降低制造成本的方向发展＂’６ Ｊ。
现代电液控制技术的发展追溯到二次大战时期。由于 军事需要，对武器和飞机的自动控制系统的研究取得了很 大的进步。战争后期，喷气技术取得突破性进展。由于喷 气式毪行器速度很高，因此对控制系统的快速性、动态精度 和功率质最比都提出了更高的要求。工程需要是现代电液 控制技术发展的推动力。１９４０年底在飞机上首先出现了 电液伺服系统，其滑阀由伺服电动机拖动，惯茸很大，限制 了系统的动态特性。１９世纪５０年代初出现了高速响应的 永磁式力矩马达。５０年代后期又出现了以喷嘴挡板阀作 为先导级的电液伺服阀，使电液伺服系统成为当时响应最 快、控制精度最高的伺服系统。６０年代各种结构的伺服阀 相继问世，电液伺服阀技术已日臻成熟。印年代后期人们 对工艺过程控制提出了更高的要求。现代电子技术特别是 微电子集成技术和计算机技术的发展，为工程控制系统提 供了充分而且廉价的现代电子装置，各类民用１Ｉ＝程对电液 控制技术的需求更加迫切和广泛。传统的电液伺服阀对流 体介质的清清度要求十分苛刻，制造成本和维修费用较高， 系统能耗也较大，难以为各工业用户所接受，而传统的开关 控制又不能满足高品质控制系统的要求。因此，人们希望 开发出一种可靠、廉价、控制精度和响应特性均能满足工业 控制系统实际需要的电液控制技术…。
１９７５～１９８０年间，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，比例元件的工作 频宽已达５～１５ Ｈｚ，稳态滞环也减小到３％左右。其应用 领域日渐扩大，开环闭环均可适用…。‘
２０世纪８０年代以来，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ｒ压力、流量、 位移内反馈及电校正等手段。在８０年代末、９０年代初， 随着电子技术的高速发展，比例技术出现了质的飞跃。除 了因制造成本所限，比例阀在中位仍保留死区以外，它的 稳态和动态特性均已和工业伺服阀无异。另一项重大进 展是，比例技术开始和插装阀相结合，形成了８０年代电液 比例插装技术。同时，由于传感器和电子器件的小型化， 还出现了电液一体化的比例元件，电液比例技术逐步形成 了８０年代的集成化趋势。同时电液比例容积元件，各类 比例控制泵和执行元件也相继出现。
２．２ 电液比例控制技术的国内发展现状
对于电液比例控制技术，国内不仅己开展研究而且己 经达到广泛的实际应用，但目前国内的制造和技术还落后 于国际水平。我国电液比例技术到２０世纪７０年代中期 开始发展，在国内的应用、尤其在工程机械上的开发应用 才刚起步。总的来看，我阚电液伺服比例技术与国际水平 相比有较大差距，主要表现在：缺乏主导系列产品，现有产 品型号规格杂乱，品种规格不全，各类比例泵、比例阀等， 国内设计生产的品种少，并缺乏足够的工业性试验研究； 在控制技术方面，自动化程度不高，性能水平较低，品质不 稳定，可靠性较差等，都有碍于该项技术进一步地扩大应 用，急待尽快提高。
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＸＵ Ｚｈｅｎ．ｂａ０１。ＺＨＡＯ Ｃｈｕｎ．ｅ２
（１．Ｔａｉｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉａｎ ２７１０２１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔａｉｓｈａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｔａｉａｎ ２７１０００，Ｃｈｉｎａ）
它的主要优点体现在以下几个方面：１）可明显地简 化液压系统，减少液压元件的使用，实现复杂程序控制； ２）利用电信号便于远距离传输，实现自控、程控、遥控；３） 工作平稳，利用反馈可以提高控制精度或实现特定的控制
目标；４）能按输入电信号的正负和数值大小同时实现液 流的流量、压力的比例控制，从而对执行器件实现方向、速 度和力的连续控制，并易实现无级调速；５）结构简单，元 件少，维护和保养方便；６）便于机电一体化的实现。
国外电液比例技术己经成熟，并有了推广运用，比如波 克兰叉车使用了电液比例控制系统，又如德国博世公司开发 的农业拖拉机液压提升器电子控制系统，引入了比例ｆ碍等。
液压工业己成了全球性的工业，国际液压界一些著名 公司如美国的派克汉尼汾公司、德国的力士乐公司等居世 界领先地位。电液比例控制的理论研究和技术的发展是 液压工业领域发展的大趋势，是液压工业又一个新的技术 热点和增长点。
２．３ 电液比例控制技术的国外发展趋势一叫Ｊ
国外近年来，电液比例技术的发展趋势： １）提高控制性能，适应机电液一体化主机的发展。 提高电液比例阀及远控多路阀的性能使之适应野外工作 条件，并发展低成本比例阀。 ２）比例技术与二通和三通插装技术相结合，形成了 比例插装技术，此外出现比例容积控制，为中、大功率控制 系统节能提供新手段。 ３）电子控制器向着专用集成电路方向发展，实现小 型化、组合化，并达到高可靠性目的。 ４）电液比例阀向通用化、模块化、组合化、集成化方