电液比例控制回路
液压伺服和电液比例控制技术
主讲 李垒
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• 液压伺服控制和电液比例控制技术是液压 传动学科的一个重要组成部分，近几年来 已发展称为相对独立的分支。
• 其控制精度和相应的快速性远远高于普通 的液压传动系统。
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第一节 液压伺服控制
• 液压伺服控制是以液压伺服阀为核心 的高精度控制系统。液压伺服阀是一 种通过改变输入信号，连续、成比例 的控制流量和压力进行液压控制的控 制方式。
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第三节 计算机机电控制技术
• 随着电子技术和计算机控制技术的日益发 展，液压技术也日益朝着智能化方向迈进， 计算机电液控制技术是计算机控制技术与 液压传动技术相结合的产物。
• 这种控制系统除常规的液压传动系统外， 通常还有数据采集装置、信号隔离和功率 放大电路、驱动电路、电—机械转换器、 主控制器（微型计算机或单片微机）及相 关的键盘及显示器等。
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• 4.伺服阀的性能与特点
• 如图，零开口四边滑阀。图示位置阀芯向右偏移，阀 口1和3开启，2和4关闭。
• 压力油源pp经阀口1通往液压缸，回油经阀口3回油箱。
• 优点：伺服阀控制精度高， 响应速度快，特别是电液
伺服系统易实现计算机控 制。
• 在工业自动化设备、航空、 航天、冶金和军事装备中
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• 根据用途和工作特点的不同，比例阀可以 分为比例压力阀（如比例溢流阀、比例减 压阀等）、比例流量阀（如比例调速阀） 和比例方向阀（如比例换向阀）等三类。
• 电液比例换向阀不仅能控制方向，还有控 制流量的功能。而比例流量阀仅仅是用比 例电磁铁来调节节流阀的开口。
电液控制技术(1)及应用
比例阀技术初步
• 比例阀介于常规开关阀和闭环伺服阀之间已成
为现今液压系统的常用组件,液压工业从比例阀 技术的发展而获益匪浅。
• 看一个例子：
比例阀技术对于液压系统究竟意味着什么
比例阀技术对于液压系统究竟意味着什么
上图说明了信号流程： 输入电信号为电压多数为0至9V由信号放大器成比例地转化为
电流即输出变量如1mV相当于1mA； 比例电磁铁产生一个与输入变量成比例的力或位移输出； 液压阀以这些输出变量力或位移作为输入信号就可成比例地输 出流量或压力； 这些成比例输出的流量或压力输出对于液压执行机构或机器动 作单元而言意味着不仅可进行方向控制而且可进行速度和压力 的无级调控； 同时执行机构运行的加速或减速也实现了无级可调如流量在某 一时间段内的连续性变化等。
如果对于不带位移传感器的直动式比例方向阀，其滞环一 般为5-6%，重复精度2-3%。
比例方向阀-直动式
控制阀芯的结构：
图示，比例阀控制阀芯与普通方向阀 阀芯不同，它的薄刃型节流断面呈三 角形。用这种阀芯形式，可得到一条 渐增式流量特性曲线。
阀芯的三角控制棱边和阀套的控制棱
边，在阀芯移动过程中的任何位置上，
比例泵的恒压、恒流、压力流量复合控制等多种功能控制块 ，可采用组合叠加方式；
控制放大器、电磁铁、和比例阀组成电液一体化结构。
电液比例控制的技术特征
带比例电磁铁的比例阀和比例泵为电气控制提供了良好的接 口无论对于顺序控制的生产机械还是其它可编程的控制/驱动 系统都提供了极大的灵便性。 比例控制设备的技术优势主要在于阀位转换过程是受控的设 定值可无级调节且实现特定控制所需的液压元件较少从而减 少了液压回路的投资费用。 使用比例阀可更快捷更简便和更精确地实现工作循环控制并 满足切换过程的性能要求由于切换过渡过程是受控的避免产 生过高的峰值压力因而延长了机械和液压元器件的使用寿命 。
电液伺服与比例控制简介
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2、射流管式电液伺服阀 图10-3是MOOG公司D661-G系列位移电反 馈射流管式伺服阀的结构示意图，本书以该阀为 例介绍射流管阀的工作原理。
图10-3 射流管式二级电液伺服阀 1—力矩马达；2—射流管；3—放大器；4—位置反馈 传感器；5—主阀芯
指令信号和 反馈信号的差值 通过电流负反馈 放大器3放大作 用在先导阀的力 矩马达1上，如 果差值不为零， 这样产生的转矩 驱动射流管2发 生偏转，使得主 阀芯5两端产生 压降而发生移动。 同时，位置反馈 传感器4与主阀 一起移动，
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1、电液比例方向阀
1. 直动式的比例方向阀 图10-4是最普通的直动式比例方向阀的典型结构。
图10-4 直动式比 例方向阀 1—阀体 2—控制 阀芯 3、4—弹簧 5、6—电磁铁 7— 丝堵
工作原理：电磁铁5和6不带电时，弹簧3和4将控制阀 芯2保持在中位。比例电磁铁得电后，直接推动控制阀芯2， 例如，电磁铁b（6）得电，控制阀芯2被推向左侧，压在 弹簧3上，位移与输入电流成比例。这时，P口至A口及B 口至T口通过阀芯与阀体形成的节流通道。电磁铁6失电， 2被3重新推回中位。弹簧3，4有两个任务：①电磁铁5和 6不带电时，将控制阀芯2推回中位；②电磁铁5或6得电时， 其中一个作为力—位移传感器，与输入电磁力相平衡，从 而确定阀芯的位置。 12
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电气伺服放大器、电液伺服阀均属于此类元件。 执行元件——将产生调节动作的液压能量加 于控制对象上的元件，如液压缸和液压马达。 控制对象——各类生产设备，如机器工作台、刀 架等。 比例控制元件的也包括上述六部分组成，所 不同的是放大、能量转换元件为比例放大器和电 液比例阀。
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电液比例控制系统
控制方式 闭环控制: 带有反馈信号
恒值系统: 系统输入信号保持常值，与时间等其它因素无关
输入信号形式
ห้องสมุดไป่ตู้
随动系统: 系统输入信号随时间任意变化，输出量跟踪参考输入量
功率调节元件
阀控系统: 节流具有流量损失，结构简单，响应较快但效率较低 泵控系统: 系统效率高，发热量小，刚度好，用于较大功率的场合
电液比例电磁阀的分类
◆ 比例压力阀
直动式比例溢流阀
先导式比例溢流阀
1-比例电磁铁；2-弹簧；3-阀芯；4-阀座； 5-调零螺塞；6-阀体
➢ 内部带有位置电反馈的双弹簧结构, 用 比例电磁铁作为调节组件。
1-位移传感器；2-行程控制型比例电磁铁；3-阀体；4-弹簧；5-锥阀芯； 6-阀座；7-主阀芯；8-节流螺塞；9-主阀弹簧；10-主阀座（阀套）
— 组成
◈ 液压执行元件。液压执行元件是液压系统的转换装置,把液压能转换为机械 能驱动负载实现直线或回转运动。主要包括液压缸和液压马达。
◈ 检测元件。根据系统需要,检测元件对被控量或中间变量进行检测获得其数 值作为系统的反馈信号。检测元件有加速度传感器、位移传感器、压力传感器等。
电液比例控制系统的分类
电液比例控制系统的研究与发展
I
发展现状
Ⅱ
电液比例控制系统的组成
Ⅲ
电液比例控制系统的分类
Ⅳ
电液比例控制系统发展趋势
电液比例控制系统的发展
电液比例控制系统的组成
◈ 指令元件 ◈ 比较元件 ◈ 比例放大器 ◈ 电机转换器 ◈ 液压放大器 ◈ 液压执行元件 ◈ 检测元件
— 组成
◈ 指令元件。系统的控制信号的产生与输入元件,是信号发生装置或过程控制器。 ◈ 比较元件。把输入信号与反馈信号做比较,得到偏差信号作为控制器的输入量。比较元件进行比较的信号要同类型的信号。 ◈ 比例放大器。比例阀内电磁铁需要的控制电流较大,而偏差信号电流较小不能满足控制要求,所以需要采用比例放大器进行功率放大,使其达到电-机转 换装置的控制要求。
主油泵电比例控制电路
• 接收灵敏度大于等于:20dB
HBC遥控器启动过程
• 1、 接收系统正常通电时（没有打开发射系统钥匙开 关时），从接收系统上显示窗口中可以看到，仅一黄 色和一红色灯常亮，说明接收系统通电正常。
• 2、 打开发射系统钥匙开关（并同时拨起发射系统上 红色急停按钮）后，发射系统上的指示灯开始会快速 闪烁（此时系统处于扫频），几秒钟后，指示灯会变 为有节奏的闪烁，此时接收系统上的指示灯多原来的 一黄一红，变为一黄一红熄灭一绿，（如果此时你在 接收系统边上，可以听到接收系统内部继电器的闭合 声），此时遥控系统工作启动，按动发射系统上的电 笛按钮时，可以听到车体上的电笛声，说明接收系统 受控。
• 进口分动箱油泵输入点I2.5，取消了行 驶点I2.4
• 国产分动箱感应位置是用接近开关感应 的，而进口分动箱是用一个开关触点控 制的
油泵、行驶切换电路
• 油泵、行驶切换动作 是没有PLC输入电路， 直接接在PLCQ3.6输 出电路
• 油泵、行驶切换电 路由原来的火线直接 进电磁铁改为先进开 关，再到电磁铁。
臂架、支腿控制电路
• 现泵车将臂架泵补油电磁铁和旁通阀共用Q2.7 点输出
• 片式继电器的额定电流为5A
臂架到位电路
• 现泵车在臂架支撑架 上安装一行程开关， 保护臂架收到位后， 不能再进行顺、逆时 针旋转以及大臂收回
压差传感器工作原理
2型泵车主阀块电磁阀位置图
HBC新遥控器参数
• 工作频段为:418.950-419.275MHz共十三个工作 频点
• DT200与DS300功能键如图所示 • 新的DS300须输入程序才能使用
水泵保护电路
常用电液比例阀
0.05~5
10~24 10~30
中位死区
无
有
有
有
价格因子
3
1
1
0.5
1.电液比例压力阀
比例压力阀用来实现压力控制，压力的升降随时可以通过电信号加以改变。 工作系统的压力可根据生产过程的需要，通过电信号的设定值来加以变化，这种控制方式常称为负载适应 控制。 根据在液压系统中的作用不同，可分为比例溢流阀，比例减压阀和比例顺序阀。根据控制的功率大小不同 ，可分为直动式和先导式两种，根据是否带位置检测反馈，可分为：带位置检测和不带位置检测比例压力阀两 种。
4.比例换向阀的阀芯与阀体之间的配合间隙约3～5μm，而伺服阀的配合间隙约为0.5μm。因此，比例换 向阀抗污染能力强，制造成本相对较低，维护也比较容易，这是比例换向阀的突出优点。
2.2 比例换向阀的类型
比例换向阀的类型，根据对输出流量的功能不同，可分为比例方向节流阀和比例方向流量阀两种。前者类似 于比例节流阀，比例电磁铁输入的电信号直接控制阀口的开度，因此输出流量与阀口前后压差有关，输出流量随 负载而变。后者类似于比例调速阀，它由比例换向阀和具有压力补偿功能的定差减压阀组成，输出流量不受负载 变化的影响。
比例电磁铁1接收电信号以后，产生推力经推杆2和弹簧3作用在锥阀4上。它是依靠阀芯上的液压作用力与弹 簧力相平衡的原理而工作的，当阀芯上的液压作用力大于弹簧作用力时，锥阀开启而溢流。若按比例连续地改变 输入电流大小，就可按比例连续地调控阀的开启压力，获得所需的压力调定值。
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d
F
p
p
T
T
（a）
电源。
1.2 先导式比例溢流阀
结构上主要由比例电磁铁，先导阀，主阀和限压阀组成。
电液比例技术课件1
伺服控制的回路
电 液 比 例 技 术
几种连续调节的性能比较
电 液 比 例 技 术
比例技术发展历史
• • • • 比例电磁铁的产生 1967~70年代 电磁铁与液压相结合 80年代 各种设计原理的提出和实现 90年代 比例伺服概念的提出和数字概念的出 现 • 本世纪 数字技术的完善、与网络的结合、控 制轴的概念
• • • • 本质无区别：基于不同发展路线导致 比例——开环；伺服——闭环 比例——元件；伺服——系统 驱动器件不同
– 比例：比例电磁铁；伺服：力矩马达
• 性能指标差异
– 比例较低，伺服较高
• 相互交叉，相互促进
电 液 比 例 技 术
一种开关阀控制的回路
电 液 比 例 技 术
比例阀控制的回路
电 液 比 例 技 术
电 液 比 例 技 术
研究内容
电液控制系统的组成
电 液 比 例 技 术
研究内容
• • • • • • • 电—机械转换器 液桥的基本理论 各类级间反馈原理 各类比例元器件 比例控制系统 数字控制系统 最新电液控制技术
电 液 比 例 技 术
相关课程
• • • • • 流体力学 液压元件 控制理论 伺服控制技术 液压传动
电 液 比 例 技 术 第一章 绪论
•背景 •目的和意义 •参考资料
•吴根茂： 实用电液比例技术
•路甬祥：电液比例控制技术
•黎启柏：电液比例控ຫໍສະໝຸດ 与数字控制系统电 液 比 例 技 术
比例的含义
输入与输出之为线性关系
难点在于多个串联环节之间信号的转换传输的线性关系
电 液 比 例 技 术
电液比例控制技术的含义
• 在液压控制系统中，实现输入输出之间的线性 可控的关系 • 基于古典控制理论基础（线性控制系统） • 基于传统液压技术基础 • 与液压伺服的交叉
电液控制阀之比例流量阀和比例方向阀
电液控制阀之比例流量阀和比例方向阀比例流量阀和比例方向阀2．比例流量阀图Y所示为电磁比例调速阀结构。
它是在普通调速阀的基础上，采用比例电磁铁取代节流阀或调速阀的手调装置，以输入电信号控制节流口开度，便可连续地或按比例地远程控制其输出流量。
当电流输入比例电磁铁5后，比例电磁铁便产生一个与电流成比例的电磁力。
此力经推杆4作用于节流阀阀芯3上，使阀芯左移，阀口开度增加。
当作用于阀芯上的电磁力与弹簧力相平衡时，节流阀阀芯停止移动，节流口保持一定的开度，调速阀通过一确定的流量。
因此，只要改变输入比例电磁铁的电流的大小，即可控制通过调速阀的流量。
若输入的电流连续地或按一定程序地变化，则比例调速阀所控制的流量也按比例或按一定程序地变化。
比例调速阀常用于注射成型机（如注塑机）、抛砂机、多工位加工机床等的速度控制系统中。
进行多种速度控制时，只需要输入对应于各种速度的电流信号就可以实现，而不必像一般调速阀那样，对应一个速度值需要一个调速阀及换向阀等。
当输入电流信号连续变化时，被控制的执行元件的速度也连续变化。
3．比例方向阀图Z所示为电液比例方向阀结构。
它由两个比例电磁铁4、8，比例减压阀10和液动换向阀11三部分组成，以比例减压阀为先导阀，利用减压阀出口压力来控制液动换向阀的正反开口量，从而来控制系统的油流方向和流量。
因此这种阀也叫比例流量一方向阀。
当直流电信号输入电磁铁8时，电磁铁8产生电磁力，经推杆将减压阀芯推向右移，通道2与a沟通，压力油P1则自P口进入，经减压阀阀口后压力降为p2，并经孔道b流至液动换向阀11的右侧，推动阀芯5左移，使阀11的P、B口接通。
同时，反馈孔3将压力油p2引至减压阀芯的右侧，形成压力反馈。
当作用于减压阀芯的反馈油压与电磁力相等时，减压阀处于平衡状态，液动换向阀则有一相对应的开口量。
压力p2与输入电流成比例，阀11的开口量又与压力P2成线性关系，所以阀11的开口量即阀11的过流量与输入电流的大小成比例。
电液比例控制的提升装置
提升装置电液工作原理
[摘要]：提升装置常用于现场中。
比如，纸箱从一个传送带提升到包装传送带的高度，升降台的上升和下降就可以通过单作用液压缸手动控制。
工作的进程速度可以调节，但回程不能调节，而由升降台的重量决定。
注意控制系统上限压力。
1 概述
提升装置的升降台通过电液比例控制系统实现，升降台的上升和下降通过单作用液压缸手动控制。
工作的进程速度可以调节，但回程不能调节，而由升降台的重量决定。
注意控制系统上限压力。
此系统有诸多优点，
2 实验设计：
2.1 完成液压回路图和电气回路图，如下图所示。
2.2
装配
及调
试控
制系
统。
该提升装置升降台工作及控制部分，主要由一个
液压控制回路和一个控制电路组成。
液压控制回路给
装置提供升降动力，让活塞杆推动重物向上升高；控制电路主要控制液压回路动作，使油泵在电路控制开关作用下上升。
3 工作过程描述.
按上图所示，接好油路回路及电路回路，按下开关S1，油泵开始供油，
活塞杆向右缓慢推进，直至油缸最右端停止。
按下开关S2，油泵停止供
油，液压回路卸荷。
采煤机电液比例控制调高系统浅析
关键词：采煤机电液比例阀磁致位移传感器油缸引言采煤机的截割过程中，滚筒高度自动调整是实现综采工作面自动化截割的重要组成部分。
目前大部分能够实现滚筒位置自动调整的采煤机均是国外进口的高端设备，国内厂家生产的中低端采煤机均采用人工调整的方式进行调高。
在能见度低、噪声大等环境因素的影响下，采煤机操作人员无法准确判断煤岩界面，而且即使判断准确，电磁阀控制的滚筒调高油缸也存在控制精度低、超调量大的缺点，导致采煤机采煤效率低，还有可能造成瓦斯突出等恶性事故，因此急需研发一种控制精度高、自动化程度高的滚筒调高技术。
电液比例控制技术是一种集机电液为一体的控制技术，其流量和流速与控制信号成比例，用于液压伺服系统中具有独特的优势[1-3]。
本文基于电液比例控制技术，研究了油缸位置测量技术和电液比例控制技术，对采煤机滚筒调高系统具有重要意义。
1电液比例调高系统传统的采煤机调高机构采用电磁换向阀与定量泵控制，电磁换向阀只有开启和关闭两种状态，在滚筒调高控制中能够实现的精度和稳定性不足，在综采工作面上经常出现滚筒调节过高或过低的情况，滚筒调节过高则会导致截齿截割顶板岩石，对截割电机和截齿造成很大的冲击，滚筒调节过低则会导致采煤厚度不足，影响采煤效率。
如图1所示为电液比例调高系统的原理图，采煤机控制器向调高系统发出一个控制信号，位于执行油缸伸缩活塞上的位置传感器将滚筒的位置信息采集并发送回控制器，在控制器内将滚筒高度实际位置与控制信号的给定位置做差，得到误差信号，误差信号经过PID控制器数据处理，生成直接控制电液比例方向阀的控制信号，发送给比例换向阀，电液比例方向阀根据控制信号的正负和数值大小，能够改变流经比例方向阀的液压油方向和流量，电机上电后带动泵，液压油从油箱内被吸出，经过滤器过滤后依次进入泵、比例换向阀、液压闭锁机构后，进入执行油缸内，推动油缸活塞做功，带动摇臂进行动作。
2磁致位移传感器2.1工作原理油缸内安装的位移传感器类型为磁致型，如下页图2所示为磁致位移传感器的原理图。