基于PWM控制技术的电液比例阀的研究_李光彬
毕业论文之电液比例控制系统PLC程序设计【范本模板】
黄河科技学院毕业设计（论文）第I页摘要随着电子技术、计算机技术等的快速发展以及向工程机械领域的不断渗透,现代工程机械正处于机电液一体化的发展时代.作为1种新的液压传动控制技术,电液比例控制将液压系统某些功能集成到电液比例控制器内,简化了液压系统的构成，提高了液压系统动作的稳定性和可靠性。
电液比例控制的理论研究和技术的发展已成为工程机械领域发展的一大趋势，是液压工业和控制工程1个新的技术热点和增长点.在工科学院的许多试验设备中，经常需要对各种力学参量、物理学参量及运动过程进行控制。
这些设备中的许多动力源都是液压工作站，控制方法多通过购买市场的控制模块，实现控制过程的参数设置，从而完成控制过程。
这样就导致试验过程中学生对控制系统甚少了解，且科研任务的设计方案易受控制设备的限制而不能灵活变更等许多问题。
因此，在实验室的条件下建立1个灵活、开放式的电液比例控制系统，具有重要的现实意义.搭建了电液比例控制系统，选用西门子S7300PLC实现其控制，对PLC通过软件编制了相关算法和控制程序,在实验台上完成了该位置控制系统的实验研究，对无干扰和有干扰工作条件下控制特性进行了分析比较，并对两种控制算法在无干扰和有干扰的情况下的仿真和实验结果进行了对比分析.实验结果与仿真结果基本一致，但与仿真结果存在差异，主要表现在实际运行过程中有超调,系统对干扰不敏感,这主要与系统的机械惯性和液压系统的刚度较大有关；最后，对PLC与上位计算机的通讯做了一些研究,采用了西门子PLC中的自由口通讯协议，用VB6．0软件设计了通讯界面，实现了PLC与上位计算机之间的通讯,使得实验结果更加直观。
关键词:电液比例控制，PID控制，PLC，通讯ABSTRACTWith the development of the hydraulic control development of the hydraulic control technology，electro-hydraulic proportional control technology had been applied for many fields more and more．The article analyzed the principle and characters of the electro—hydraulic proportional control system．technology，electro —hydraulic proportional control technology had been applied for many fields more and more．The article analyzed the principle and characters of the electro-hydraulic proportional control system．It improved on the control system to the original proportional hydraulic system controlled by signal unite and replaces．Now the system controlled by the programmable logical controller（PLC)，and the important study target is proportional hydraulic position contro1．The proportional hydraulic position close—loop control system has been designed,and the project schema，the experience system composition had been given 。
一种基于PWM的无阀口损失的液压位置控制系统
ｑｃ√卸 ＝４ ｖ
传统 阀控 系统 中， 通过阀 口的压降 △ ｐ是 阀前压
力 和负 载工作 压力 之 差 ， 由于 比例 阀和 伺 服 阀 的过 流 面积 很小 ， 必然 引 起 较大 的 阀 口压 降 。如 果 阀 口全 开 时 的过流 面积很 大 ， 当系统全 流量 通过 时 ， 会引起 或 不
作 者 简介 ： 张永 强 （ ９６ ） 男 ， 南 商丘 人 ， 士 研究 １８ 一 ， 河 硕 生， 主要从事液压元件 的设计及应用 。
１ ４
液 压 与 气动
２１ ０ ２年 第 ６期
果用 Ｐ ＷＭ 信号 控 制 阀 口开 闭 ， 高低 电平 分 别 代 表 则 阀 口的完 全关 闭和 完全 打 开 ， 两 种 状态 下 都 没 有 阀 这 口压力损 失 ， 而 可 以避 免 节 流损 失 。另外 ，ＷＭ 控 从 Ｐ 制方 式 可 以通 过改 变 占空 比来 调 节 系统 的平 均 流量 ，
个高速开关 阀控制的具有不同压力等级 的蓄能器 ， 通 过 控制 不 同的蓄 能器 的开 和关 ， 以使 系统 流 量 和 压 可
力跟负载相匹配 ， 实现高效节能的 目的 。 Ｊ
为了保持阀控系统的快速动态响应特性 ， 同时避
免 节 流 损 失 和 溢 流损 失 ， 文 提 出 了一 种 基 于 Ｐ 本 ＷＭ
ＺＨＡＮＧ ｎ — ｉ ｎ Ｙｏ ｇ ｑ ａ ｇ，Ｓ ａ ｇ ｌｎ ＨＩＧｕ ｎ －ｉ
（ 上海交通大学 机械 与动力 工程 学院 ， 上海
２０ ４ ） ０ ２０
摘
要 ： 对传 统 阀控 系统 中存在 大量 的节流损 失和 溢 流损 失 问题 ， 出 了一种 基 于 Ｐ 针 提 ＷＭ 的无 阀 口损
电液比例阀用控制器的设计
ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｔ ｒ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ． ａ ｎ ｄ ｌｏ ｆ ｗ ｄ ｅ ｚ ｏ ｌ ２ ｅ ｃ ｆ ｍ ｂ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ ｅ ｘ ｅ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｃ ｕ ￣ ｅ ｎ Ｌ Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｄｖ ａ ｎｔ ａ ａ ｇ ｅ ｏ ｆ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ － ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｒｔ ａ ｉ ｃ ｌ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｈ ｒｄ ａ ｗ ｒｅ ａ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ， ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｓ ａ ｌ ｚ ｅ ｗ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ｉ ｇ ， ￣ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｐ ＷＭ ． Ｂ ｙ ｃ ｈ ｎｇ ａ ｉ ｎ ｇ ｇ ｒ ａ ｏ Ｐ ＷＭ ｓ ， ｉ ｔ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｓ ｎ ｏ — ｉ ｍ ｐ ｃｔ ａ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ’ Ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｏ ｒ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍ ｐ ｌ ｉ ｉ ｆ ｅ ｓ ｈ ｒ ａ ｄ ｗ ｒｅ ａ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ．
基于模糊PID控制的PWM型电磁比例阀的研究
基于模糊PID控制的PWM型电磁比例阀的研究刘国志;张富贵;陈宇熠;沈明明【摘要】Traditional PID control PWM type solenoid proportional valve could not meet the requirements for high performance. A control system based on fuzzy PID control PWM type solenoid proportional valve was designed in the paper. A PID controller and fuzzy PID controller of MATLAB simulation were carded out. The results showed that the control system had a quick response, high stability and little overshoot, with a high performance.%针对传统PID控制的PWM型电磁比例阎不能满足在控制系统性能要求较高场合的问题，设计了一种基于模糊PID控制的PWM型电磁比例阀的控制系统，并对该电磁比例阀进行了PID控制和模糊PID控制的MATLAB仿真。
分析对比，结果表明：模糊PID控制具有响应速度快、稳定性高、超调量小等特点，较好的满足了控制要求。
【期刊名称】《贵州科学》【年(卷),期】2012(030)005【总页数】4页(P45-48)【关键词】模糊PID控制;电磁比例阀;PWM;MATLAB仿真【作者】刘国志;张富贵;陈宇熠;沈明明【作者单位】贵州大学机械工程学院,贵阳550003;贵州大学机械工程学院,贵阳550003;贵州大学机械工程学院,贵阳550003;贵州大学机械工程学院,贵阳550003【正文语种】中文【中图分类】S225.31随着科学技术的发展和计算机的广泛应用，工程机械的工作装置液压控制系统由手柄直接操纵主阀芯发展到由计算机控制下的电液比例控制技术阶段，其控制性能及自动化程度逐步提高(王庆丰等，2003;俞浙青等，1995;杨力夫等，2005)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文章编号:1003-0794(2006)11-0114-03基于PWM 控制技术的电液比例阀的研究李光彬,张雪梅,赵 光,刘志海(山东科技大学,山东青岛266510)摘要:介绍了基于PW M(Pulse Width Modulation)技术控制的电液比例阀的特点和原理。
分析了占空比D 与平均电流I 之间的关系,并对一基于PW M 控制的电液比例阀的流量特性曲线进行了分析。
提出了通过改进PW M 技术以改善液压控制系统的动态性能,提高控制精度的一般方法。
关键词:电液比例阀;PW M 控制;占空比;平均电流中图号:TH137152文献标志码:AResearch of Electronic -hydraulic Proportional Valve Based onPW M Control TechnologyLI Guang -bin ,ZHANG Xue -mei ,ZHAO Guang ,LIU Zhi -hai (Shandong Universi ty of Science and Technology ,Qi ngdao 266510,China)Abstract :The characteristic and principle of electronic-hydraulic proportional valve based on PW M (Pulse Width Modulation)control technology is introduced.The relations between duty ratio (D )and average current (I )is discussed,and it analyzes the flow characteristic curve of electronic-hydraulic proportional valve based on PW M(Pulse Width Modulation)control technology.In order to improve the dynamic characteristic and pre -cision of hydraulic control system,it puts for ward the common method by developing PW M technology.Key words :electronic-hydraulic proportional valve;PW M control;duty ratio,average current 0 引言电液比例阀是在传统的液压阀基础上采用廉价而可靠的螺管式比例电磁铁进行控制,构成比例溢流阀、比例流量阀、比例方向阀等。
在工程技术中一般机构只需对力、位移和速度等参量进行控制,而动态性能要求不高,电液比例阀的动态性能虽比伺服阀低,但已能满足普通机械的要求,由于这种阀具有可靠、节能、廉价、抗污染能力强等优点,因此是理想的电液控制元件。
电液比例控制的核心是控制电液比例阀的电流。
模拟式控制功率输出极到比例阀线圈的电流是连续电流,电子功率器件功耗大,需加装散热装置。
而PWM 控制功率输出极为开关型结构,功耗小,PW M 信号中包含了同频率的脉动量,无需另加颤振信号,抗干扰、抗污染能力强,滞后时间短、重复精度高。
由于采用数控形式,与计算机或微机的连接方便,可实现程序控制。
1 电液比例阀的结构控制器特点比例阀的结构简图如图1所示,是一个三通阀。
2个比例电磁铁分别控制阀芯2个方向的运动,两端分别有对中复位弹簧。
在有些使用场合时也可当二通阀用作阀口,并对称地分为2组,在轴线方向相对错开一定的距离,既保持了较高的分辨率,又获得了较大的控制流量输出。
比例电磁铁能根据电流的 该系统也可以仅作为普通电子秤使用,由一个子程序来完成,这个功能主要用在特殊情况或校秤时使用。
信息处理的结果通过单片机上设置的微型打印机进行打印报表。
如果条件允许,数据处理也可以与上位机(PC 机)通讯,实行高级管理。
3 结语为了减轻劳动强度和适应大规模生产,材料和产品的自动化管理是必要的,各种各样的输送机为此提供了必要的条件。
而微机的广泛应用,对产品的管理能达到非常好的效果,它准确、可靠,是不可缺少的环节。
本系统的设计就是在此基础上进行考虑的。
参考文献:[1]张国雄,金篆芷.测控电路[M ].北京:机械工业出版社,2004.[2]刘冲,齐玫.煤矿用微机电子轨道衡研制[J].煤炭科学技术,2000(1):14-16.[3]常晓萍.燃料煤运输线的PLC 控制系统设计[J].煤矿机械,2004,25(4):15-17.作者简介:王桂娟(1955-),女,河北丰润人,1982年毕业于重庆建筑工程学院工企自动化专业,河北建材职业技术学院财经管理系主任、副教授,现从事电气自动化及电工、电子教学工作,Tel:0335-*******,E-mail:wguijuan328@.收稿日期:2006-06-11#114#第27卷第11期2006年 11月煤 矿 机 械Coal Mine MachineryVol 127No 111Nov 12006大小产生相应的电磁力,从而能按比例进行控制。
图1 比例阀的结构简图Fig .1 Structure diagram o f proportional valve1、51比例电磁铁 21阀体 31阀芯 41弹簧电液比例阀控制器主要解决快速性,电磁滞环和摩擦滞环以及超调量较大的问题,而其控制作用的优势,直接影响到比例阀的工作性能和可靠性等。
采用先进可控的PW M 技术,在输出电路上产生可变的开关电压,使功率放大管只处于饱和导通和截止状态,具有功率低、节能、不需附加散热片特点,可提高功放输出开关电压U ,加快电流上升的时间,使输出响应时间加快,并提高抗干扰能力,另一方面,功放输出开关电压U 加在比例电磁铁线圈上,由于线圈上的电感作用使其上电流I 变为小幅度充放电波动的叠加交流信号的直流电流,起到颤振作用,能够有效降低摩擦,减少电磁铁的磁滞和死区现象,提高电磁铁芯对电流响应的灵敏度。
在比例电磁铁和阀的结构确定后,颤振作用的效果几乎取决于电流波动的频率和幅值,频率较低和幅值较大时,效果明显,但频率太低,幅值过大时,又会引起振动,使系统不稳。
通常将方波的频率选取在电磁铁芯无阻尼自然频率的1.2~2倍范围,现场可根据实际情况进行调整。
2 电液比例阀线圈的电流模型加到比例阀线圈的电压波形为周期一定、脉冲宽度可控的矩形波。
由于脉冲周期远小于阀芯的响应周期,所以阀芯的运动只响应PW M 信号的平均值。
阀芯工作时处于微振动状态,这大大地减小了比例滞环。
PW M 电路基本的形式是比例阀等效线圈加等效电阻,并联续流二极管,经大功率三极管加到电源。
PWM 信号控制开关管的导通与截止。
占空比D =T h /T式中 T h )))三极管导通时间;T )))PWM 周期,T =T h +T L ; T L )))三极管关断时间。
如图2所示为PWM电路的基本形式。
图2 PWM 电路的基本形式Fig .2 Elementary form of PWM circuit由图3可知,当占空比D 和周期T 取值比较合适时,可使比例阀电流保持稳定的平均值;在时间常数L /R L 一定时,稳定电流平均值I 及电流波动值d I 取决于占空比D 和周期T 。
在高速运动中,为了使线圈的能量迅速释放掉,可以在线圈上串联一个电阻R s ,则时间常数S =L /(R L +R s )。
电流满足L R L d I d t +i =UR L当开关管导通时,电流的稳态分量为U R L ,暂态分量为(I -d I -U /R L ),电流i (t )=U /R L +(I -d I -U P R L )e-(t -kT )P S(kT <t [(k +D )T k =0,1,2,3,,)当开关截止时,电流的稳态分量为0,暂态分量为I +d I ,电流i (t )=(I +d I )e-[t -(k +D )T ]/S((k +D )T [t <(k +1)T k =0,1,2,3,)式中S )))比例阀电气时间参数,S =L P R L ;R L )))比例阀线圈等效电阻;L )))比例阀线圈电感量。
t =kT +T h 和t =(k +1)T (k =0,1,2,)时刻的电流值分别为I +d I =U P R L +(I -d I -U P R L )e -D T P SI -d I =(I +d I )e -T (1-D )P S解得I =U 2R L (1-e -TD P S )[1+e -T (1-D )P S]1-e-T P S图3 占空比与电流之间的关系Fig .3 Relations between duty ratio and current当占空比从0到100%变化时,平均电流I 可以从0变化到稳态电流U /R L 。
取U =24V,R L =128,图4给出了D 、I 的仿真关系曲线。
可以看出,T 与S 的比值越小,I 与D 的关系越接近直线。
当T 与S 的比值较大时,占空比只能在某个范围内取值,平均电流I 才与占空比D 成近似直线关系。
占空比D 的大小可通过对单片机的定时器编程来改变,S 的大小可以通过在线圈上串联电阻来改变。
3 基于PWM 控制的电液比例阀的流量特性曲线图5为一基于PWM 控制的电液比例阀的流量特性曲线,当占空比较小时,存在着流量死区,占空#115# 第27卷第11期 基于PW M 控制技术的电液比例阀的研究)))李光彬,等 Vol 127No 111文章编号:1003-0794(2006)11-0116-03浅谈乳化液混合器胡继红(矿用产品安全标志办公室,北京100013)摘要:由于此种乳化液混合器无需电力,靠水流驱动,因此乳化液混合器在工业上的应用十分广泛,比较典型的应用场合如:为液压支护系统提供防火液压油;为乳化液泵站提供一定配比的乳化液,为工业企业的机器设备提供润滑制冷剂。
对自动配液进行了分析,介绍一种简单的自动配液装置。
关键词:乳化液混合器;自动配液;配比;浮球阀;密闭中图号:TH137.5文献标志码:AEmulsion MixerHU Ji -hong(M i ne Application Producti on Safety Office,Beijing 100013,China)Abstract :By analysing auto-mixing,a simple e mulsion auto-mixer is introduced.This mixer is drived by water flow,and it is used very widely in industry,for example,applying hydraulic fireproof oil for hydraulic shields on coal face,applying a certain mix -ratio e mulsion for emulsion pump station,applying lubricant for the industrial machines and equipments.Key words :e mulsion mixer;auto mix;mix ratio;floating valve;seal 1 自动配液的原理乳化液混合器简称自动配液装置,其原理采用文氏理论)负压原理,代替人工配液。