直驱式电液伺服系统压力流量复合控制
郝双晖，石晶合，郝明晖，宋宝玉，唐梓力
【摘要】摘要:为实现直驱式电液伺服系统优化的压力流量复合控制，建立了直驱式电液伺服系统流量和压力控制的数学模型。提出基于压力差切换参数的恒压力限流量控制方式。并在此基础上对压力流量切换控制方式进行修正。这种复合控制在满足系统稳定性的前提下，极大地提高了系统响应特性。实验结果表明，通过合理的积分及死区调节，两种控制方式均可使压力流量平稳切换，系统对执行机构及负载参数变化的敏感性降低，系统响应性能得到提高。这些结果证实所提出方法的效果。
【期刊名称】吉林大学学报（工学版）
【年(卷),期】2011(041)004
【总页数】6
【关键词】关键词:自动控制技术;直驱式电液伺服系统;压力流量复合控制;恒压力限流量控制;压力流量切换控制
直驱式电液伺服系统油路简单，抗油液污染能力强，整体效率较高[1]，但为泵控系统，且电机与泵响应频率较伺服阀低得多，系统的动态响应较差[2]，工业应用主要集中在注塑机[3]、液压机[4]等场合。目前广泛应用的注塑机、液压机等的液压系统要求压力与流量复合控制，且对动态响应及控制精度要求也越来越高。而多数学者的研究主要集中在位置控制方式[2]，或者对压力、流量控制单独进行动、静态分析[5-7]，缺乏对压力控制时的瞬态特性详细分析[8]。本文建立了直驱式电液伺服系统的流量和压力控制数学模型，提出基于压力差切换参数的恒压力限流量控制方式，并对压力流量切换控制方式进行了研究。实验
LINE-TECH（莱因泰可）北京 LINE TECH自1997年成立后迈进了气体控制相关技术工程， 终于诞生出今天的M系列，MFC/MFM产品。 LINE TECH气体质量流量控制器和流量计广泛应用于:真空镀膜设备、光电产业到工业工具的表面镀膜、SPUTTER磁控溅射台、PVD、CVD、MOCVD、氧化、等离子刻蚀、离子注入，直拉式晶炉，精密半导体、燃料电池、气调储存保鲜相关设备、生物反应器、生物过程控制器、大学实验室、研究所、食品及制药产业、医疗设备、气相色谱仪等相关行业。 LINE-TECH致力于为客户提供专业的仪器仪表及精密稳定的过程控制设备。公司自成立以来，以灵活的经营机制，以“质量第一、服务第一、客户第一”的信念，为客户提供更加专业化的、优质的服务，深受各界用户的欢迎，并且在石油、化工、电力等重点行业做出了突出成绩。如今产品远销美国，澳大利亚，日本，台湾，伊朗，中国，印度等...我们将一如既往的为所有的客户提供更优质、高效的服务。属性特征 ?质量流量检测 ?不因温度和压力的波动 而失准 ?方便型的流量控制系统 ?高准确度 ?拒绝漏气 ?耐高压（90bar） ?快速的响应时间 ?高重复精度 ?性能稳定 ?宽量程比 ?高性价比 ?ce认证 ?ISO9001：2008／KS Q9001;2009 ?完善的AS售后服务
关于MFC和MFM 1．质量流量计，质量流量控制器的概念 质量流量计，即Mass Flow Meter(MFM)，是一种精确测量气体流量的仪表，其测量值不因温度或压力的波动而失准，不需要温度压力补偿。 质量流量控制器，即Mass Flow Controller(MFC)，不但具有质量流量计的功能，更重要的是，它能自动控制气体流量，即用户可根据需要进行流量设定，MFC自动地将流量恒定在设定值上，即使系统压力有波动或环境温度有变化，也不会使其偏离设定值。 2．质量流量计，质量流量控制器的流量单位 气体质量流量单位一般以SCCM（Standard Cubic Centimeter per Minute）和SLM(Standard Liter per Minute)来表示，亦即每分钟标准毫升、每分钟标准升。这意味着，这种仪表在不同的使用条件下，指示的流量均是标准状态下的流量。这是这种仪表和其它流量计的重要区别，也是SCCM、SLM不同于Ml/min、L/min之处。 如果需要单位时间内流过的质量（如g/min），可以查阅标准状态下的气体密度，然后作乘法就可以了。3．质量流量计／质量流量控制器的主要的优点 （1）直接测量气体的质量流量 热式质量流量计直接测量流体质量流量，输出质量流量信号，无需其他设备，如温度测试仪和压力表，也无需进行换算。 （2）无可移动部分 本身无类似转轴等的移动部件，增加了本身的可靠性，无需机械维护。 （3）可以精确的测量微小流量，采用分流装置，又可以测量大流量，而且温度，压力范围很大。 （4）测量控制的自动化 质量流量计／质量流量控制器可以将流量测量值以输出标准电信号输出。这样很容易实现对流量的数字显示，流量自动计量，数据自动记录，计算机管理等。对质量流量控制器而言，还可以实现流量的自动控制。（5）精确地定量控制流量 质量流量控制器可以精确地控制气体的给定量，这对很多工艺过程的流量控制，是用于对于不同气体的比例控制等。 （6）准确度高，重复性好 我们的产品准确度可达+-1%F.S（full scale）重复性为＋-0.25%F.S（full scale） （7）体积小巧，安装方便，操作简单 （8）技术先进，符合发展潮流 4．使用流量计／质量流量控制器应注意的问题 （1）被测气体需要清洁。 注意不要造成气路堵塞，当质量流量控制器出现某些故障，或气源不洁导致传感器或分流器堵塞，或因操作失误，均有可能造成堵塞。对于的用户而言，应当特别给以注意，既要选择合适的型号，又要正确进行系统设计和正确使用。 （2）我公司产品以氮气（N2）来标定,如用其他气体时需要进行换算 5．区分使用质量流量计和质量流量控制器的场合 一般而言，仅对流量进行计量或监测时，用质量流量计；需要对流量进行控制时，用质量流量控制器。某些测量场合，用二者皆可，但质量流量控制器更好用。 6．不同气体的质量流量的换算 产品出厂一般是按氮气标定、按氮气流量确定流量规格。用同一规格的MFM/MFC测量不同的气体，当流量检测值相同时，实际的流量值可能不同。我们在说明书中给出了不同气体相对于标定气体（氮气）的质量流量转换系数。如果您使用的产品是标准出厂产品（按氮气标定显示），而需要知道实际使用气体的质量流量时，先在产品说明书中找到实际使用气体的转换系数。在测量过程中，在此系数乘以流量显示值即是实际使用气体的质量流量；反之，在确定所购产品的量程时，以实际使用气体的最大期望流量值除以转换系数，即是相应的氮气标定产品的流量值。
气体流量和流速及与压力的关系 流量以流量公式或者计量单位划分有三种形式： 体积流量：以体积/时间或者容积/时间表示的流量。如：m3/h ,l/h 体积流量（Q）＝平均流速（v）×管道截面积（A） 质量流量：以质量/时间表示的流量。如：kg/h 质量流量（M）＝介质密度（ρ）×体积流量（Q） ＝介质密度（ρ）×平均流速（v）×管道截面积（A） 重量流量：以力/时间表示的流量。如kgf/h 重量流量（G）＝介质重度（γ）×体积流量（Q） ＝介质密度（ρ）×重力加速度（g）×体积流量（Q） ＝重力加速度（g）×质量流量（M） 气体流量与压力的关系 气体流量和压力是没有关系的。 所谓压力实际应该是节流装置或者流量测量元件得出的差压，而不是流体介质对于管道的静压。这点一定要弄清楚。举个最简单的反例：一根管道，彻底堵塞了，流量是0 ，那么压力能是0吗？好的，那么我们将这个堵塞部位开1个小孔，产生很小的流量，（孔很小啊），流量不是0了。然后我们加大入口压力使得管道压力保持原有量，此刻就矛盾了，压力还是那么多，但是流量已经不是0了。因此，气体流量和压力是没有关系的。 流体(包括气体和液体)的流量与压力的关系可以用流体力学里的-伯努利方程-来表达: p+ρgz+(1/2)*ρv^2=C 式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和速度.z 为垂直方向高度;g为重力加速度,C是不变的常数。 对于气体，可忽略重力，方程简化为: p+(1/2)*ρv ^2=C 那么对于你的问题,同一个管道水和水银,要求重量相同,那么水的重量是G1=Q1 *v1,Q1是水流量,v1是水速. 所以G1=G2 ->Q1*v1=Q2*v2->v1/v2=Q2/Q1 p1+(1 /2)*ρ1*v1 ^2=C p2+(1/2)*ρ2*v2 ^2=C ->(C-p1)/(C-p2)=ρ1*v1/ρ2*v2 -> (C-p1)/(C-p2)=ρ1*v1/ρ2*v2=Q2/Q1 ->(C-p1)/(C-p2)=Q2/Q1 因此对于你的问题要求最后流出的重量相同,根据推导可以发现这种情况下,流量是由压力决定的,因为p1如果很大的话,那么Q1可以很小,p1如果很小的话Q1就必须大.
电液位置伺服控制系统设计方法 电液位置伺服系统是最基本和最常用的一种液压伺服系统，如机床工作台的位置、板带轧机的板厚、带材跑偏控制、飞机和船舶的舵机控制、雷达和火炮控制系统以及振动试验台等。在其它物理量的控制系统中，如速度控制和力控制等系统中，也常有位置控制小回路作为大回路中的一个环节 电液位置伺服系统主要是用于解决位置跟随的控制问题，其根本任务就是通过执行机构实现被控量对给定量的及时和准确跟踪，并要具有足够的控制精度。电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。它由电信号处理装置和若干液压元件组成，元件的动态性能相互影响，相互制约及系统本身所包含的非线性，致使其动态性能复杂。因此，电液伺服控制系统的设计及仿真受到越来越多的重视。 液压伺服系统的基本设计步骤 ○1分析整理所需的设计参数，明确设计要求；○2拟定控制方案，构成控制系统原理图；○3确定动力元件参数（如供油压力、执行元件规格、伺服阀容量）和其他组成元件；○4分析计算系统的静、动态特性，确定回路放大系数和设计校正措施等。○5根据技术要求设计出系统以后，需要检查所设计的系统是否满足全部性能指标，如不满足，可通过调整参数或改变系统结构（即校正）等方法重复设计过程，直至满足要求为止。因为设计是试探性的，所以设计方法具有很大的灵活性，在设计中结合MATLAB的SIMULINK软件进行仿真，对系统的参数进行调整和可靠性作进一步验证，最终可以得出比较可靠的电液伺服系统。 (一)组成控制系统原理图 由于系统的控制功率比较小、工作台行程比较大，所以采用阀控液压马达系统。系统方块原理如图1
（二）由静态计算确定动力元件参数，选择位移传感器和伺服放大器 1．绘制负载轨迹图 负载力由切削力c F ，摩擦力f F 和惯性力a F 三部分组成。摩擦力具有“下降”特性，为了简化，可认为与速度无关，是定值，取最大值f F = 1500N 惯性力按最大加速度考虑 a max F 800t m a N == 假定系统是在最恶劣的负载条件下工作(即所有负载力都在存在，且速度最大)下工作，则总负载力为 max f F F F F =l c a =++400+1500+800=2700N 2.选取供油压力 5s P 6310Pa =? 3.求取液压马达排量 设齿轮减速比'm i=/2m θθ=，丝杠导程2 1.210/t m r -=?，则所需液压马达力矩为 2 2700 1.210 2.58222 L L F t T N m i ππ-??===?? 取L s 2P =P 3，则液压马达弧度排量为-63L 5s 3T 3 2.58D ==0.610m /2P 26310 m rad ?=??? 液压马达每转排量为-63-632D 20.610m / 3.710m /m m Q r r ππ==??=? 计算出的液压马达排量需标准化。按选取的标准化值再计算负载压力L P 值。本例液压马达排量计算符合标准化。 4.确定伺服阀规格 液压马达的最大转速为2max max 2 2810800/min 13.3/1.210iv n r r s t --??====? 所以负载流量为-6-6max q 3.71013.3/49.2110l m Q n r s ==??=? 此时伺服阀的压降为 55L s Lmax s -6T 2.58P P P 631020.010D 0.610 v m P Pa Pa =-=-=?-=?? 考虑到泄漏等影响，将q l 增大15%，取q l = 3.4L/min 。根据q l 和v P ，查得额定流量为
电液伺服控制系统的应用研究 【摘要】电液伺服控制是液压技术领域的重要分支。多年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率—重量比和大功率液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。特别是控制理论在液压系统中的应用、计算及电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在元件和系统方面、理论与应用方面都日趋完善和成熟，并形成一门学科。目前液压技术已经在许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门及飞机、船舶部门等。我国于50年代开始液压伺服元件和系统的研究工作，现已生产几种系列电液伺服产品，电液伺服控制系统的研究工作也取得很大进展。 【关键词】电液伺服控制应用 1、电液控制系统的特点、构成及分类 电液控制系统是一门比较年轻的技术，它的发展和普遍应用还不到50年，然而，凭借它的优点却形成了流体传动与控制的一个重要分支，并成为现代控制工程的基本技术构成之一。 1.1电液控制系统的特点 1) 液压执行元件的功率--重量比和转矩--惯性矩比(或力--质量比)大，具有很大的功率传递密度，可以构成体积小、重量轻、响应速度快的大功率控制单元。 2) 液压系统的负载刚度大，精度高。由于液压杠、执行元件的泄漏很少，液体介质的体积弹性模量又很大，故具有较大的速度--负载刚性，即速度--力或转速--力矩曲线斜率的倒数很大，因此有可能用于开环系统。用于闭环系统时则表现为位置刚度大，其定位精度受负载变化的影响小。 3) 液压控制系统可以安全，可靠并迅速地实现频繁的带负载启动和制动，进行正反向直线或回转运动和动力控制，而且具有很大的调速范围。 电气或电子技术和液压传动及控制相结合的产物--电液控制系统兼备了电气和液压的双重优势，形成了具有竞争力和自身技术特点。 当然，在某些场合下，指令和反馈元件也可全部采用机械、气动或液压元件，此时，即称为机械--液压控制系统和气动--液压控制系统。 1.2 电液控制系统的构成 工程实际中系统的指令及放大单元多采用电子设备。电机械转换器往往是动圈式或动铁式电磁元件和伺服电机、步进电机等。液压转换及放大器件可以是各类开关式，伺服式和比例式器件实际上是一功率放大单元。液压执行元件通常是液压缸和液压马达，其输出参数只能是位移、速度、加速度和力或者转角、角速
气体质量流量控制器和流量计工作原理 流量传感器采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量流量(无需温度和压力补偿)。将传感器加热电桥测得的流量信号送入放大器放大，放大后的流量测量电压与设定电压进行比较，再将差值信号放大后去控制调节阀，通过闭环控制来控制通过的流量，并使之与设定的流量相等。分流器决定主通道的流量。 左图为MFC和流量显示仪连接后的工作原理图： （将该地址复制粘贴到网叶地址栏里） 控制器输出的流量检测到的电压与流过通道的气体质量成正比。满量程检测输出电压为5VDC。气体质量流量控制器的检测范围为2~100%满刻度（量程比为50：1），流量分辨率为 0.1%满刻度。 注意: 气体质量流量控制器的“阀控”线置于“清洗”位时也可以当成气体质量流量计使用。这时，流量检测输出电压的输出值可能达到10VDC以上。需要注意的是，一旦输出电压超过5VDC，流量检测电压和实际通过的流量不成线性对应关系。清洗时，流量显示是不准确的，而且还可能出现流量增大、显示减小的现象，但这些不会损坏质量流量控制器。 2、气体质量流量计和气体质量流量控制器结构 （将该地址复制粘贴到网叶地址栏里） 气体质量流量计含流量传感器、分流器通道和流量放大、线性化及温度补偿电路组成。增加电磁阀和PID控制电路就构成了流量控制器。 3、气体质量流量控制器和气体质量流量计的应用范围 MFC和MFM可广泛地应用于石油化工、半导体和集成电路、特种材料学科、医药、环保和真空等多种领域的科学研究和生产中，其典型应用有：
电子工艺设备，如氧化、CV D、扩散、外延、等离子蚀刻、离子注入和溅射，以及微反应装置、配气和混气系统、镀膜设备、光纤熔炼、气相色谱仪以及其它分析仪器。 应用对象： 质量流量控制器应用系统集成商、特殊气体厂商、真空元件供应商、真空系统集成商、特殊气体厂商、真空元件供应商、真空系统集成商、电池系统集成商、生化系统集成商、气体装配流水线集成商、大学实验室、气体公司、研
For personal use only in study and research; not for commercial use 气体流量和流速及与压力的关系 流量以流量公式或者计量单位划分有三种形式： 体积流量：以体积/时间或者容积/时间表示的流量。如：m3/h ,l/h 体积流量（Q）＝平均流速（v）×管道截面积（A） 质量流量：以质量/时间表示的流量。如：kg/h 质量流量（M）＝介质密度（ρ）×体积流量（Q） ＝介质密度（ρ）×平均流速（v）×管道截面积（A） 重量流量：以力/时间表示的流量。如kgf/h 重量流量（G）＝介质重度（γ）×体积流量（Q） ＝介质密度（ρ）×重力加速度（g）×体积流量（Q） ＝重力加速度（g）×质量流量（M） 气体流量与压力的关系 气体流量和压力是没有关系的。 所谓压力实际应该是节流装置或者流量测量元件得出的差压，而不是流体介质对于管道的静压。这点一定要弄清楚。举个最简单的反例：一根管道，彻底堵塞了，流量是0 ，那么压力能是0吗？好的，那么我们将这个堵塞部位开1个小孔，产生很小的流量，（孔很小啊），流量不是0了。然后我们加大入口压力使得管道压力保持原有量，此刻就矛盾了，压力还是那么多，但是流量已经不是0了。因此，气体流量和压力是没有关系的。 流体(包括气体和液体)的流量与压力的关系可以用流体力学里的-伯努利方程-来表达: p+ρgz+(1/2)*ρv^2=C 式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和速度.z 为垂直方向高度;g为重力加速度,C是不变的常数。 对于气体，可忽略重力，方程简化为: p+(1/2)*ρv ^2=C 那么对于你的问题,同一个管道水和水银,要求重量相同,那么水的重量是G1=Q1 *v1,Q1是水流量,v1是水速. 所以G1=G2 ->Q1*v1=Q2*v2->v1/v2=Q2/Q1 p1+(1 /2)*ρ1*v1 ^2=C p2+(1/2)*ρ2*v2 ^2=C ->(C-p1)/(C-p2)=ρ1*v1/ρ2*v2
M A T L A B电液位置伺服控制系统设计及仿真
数控机床工作台电液位置伺服控制系统设 计及仿真 姓名：雷小舟 专业:机械电子工程 子方向：机电一体化 武汉工程大学机电液一体化实验室
位置伺服系统是一种自动控制系统。因此，在分析和设计这样的控制系统时，需要用自动控制原理作为其理论基础，来研究整个系统的动态性能，进而研究如何把各种元件组成稳定的和满足稳定性能指标的控制系统。若原系统不稳定可通过调整比例参数和采用滞后校正使系统达到稳定，并选取合适的参数使系统满足设计要求。 1 位置伺服系统组成元件及工作原理 数控机床工作台位置伺服系统有不同的形式，一般均可以由给定环节、比较环节、校正环节、执行机构、被控对象或调节对象和检测装置或传感器等基本元件组成[1]。根据主机的要求知系统的控制功率比较小、工作台行程比较大，所以采用阀控液压马达系统。 系统物理模型如图1所示。 图1 数控机床工作台位置伺服系统物理模型 系统方框图如图2所示。 图2 数控机床工作台位置伺服系统方框图 数控机床工作台位置伺服系统是指以数控机床工作台移动位移为控制对象的自动控制系统。位置伺服系统作为数控机床的执行机构，集电力电子器件、控制、驱动及保护为一体。数控机床的工作台位置伺服系统输出位移能自动地、快速而准确地复现输入位移的变化，是因为工作台输出端有位移检测装置（位移传感器）将位移信号转化为电信号反馈到输入端构成负反馈闭环控制系统。反馈信号与输入信号比较得到差压信号，然后把差压信号通过伺服放大器转化为电流信号，送入电液伺服阀（电液转换、功率放大元件）转换为大功率的液压信号（流量与压力）输出，从而使液压马达的四通滑阀有开口量就有压力油输出到液压马达，驱动液压马达带动减速齿轮转动，从而带动滚珠丝杠运动。因滚珠丝杠与工作台相连所以当滚珠丝杠 运动时，工作台也发生相应的位移。 2数控工作台的数学模型 2.1 工作台负载分析 工作台负载主要由切削力c F ,摩擦力f F 和惯性力a F 三部分组成，则总负载力为: a f c L F F F F ++=
电液伺服系统 电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。根据输入信号的形式不同，又可分为模拟伺服系统和数字伺服系统两类。下面对模拟伺服系统和数字伺服系统作一简单的说明。 模拟伺服系统 在模拟伺服系统中，全部信号都是连续的模拟量，如图1所示。在此系统中，输入信号、反馈信号、偏差信号以及其放大、校正都是连续的模拟量。电信号可以是直流量，也可以是交流量。直流量和交流量相互转换可以通过调制器或解调器完成。模拟伺服系统重复精度高，但分辨能力较低(绝对精度低)。伺服系统的精度在很大程度上取决于检测装置的精度，而模拟式检测装置的精度一般低于数字式检测装置，所以模拟伺服系统分辨能力低于数字伺服系统。另外模拟伺服系统中微小信号容易受到噪声和零漂的影响，因此当输入信号接近或小于输入端的噪声和零漂时，就不能进行有效的控制了。 图1 模拟伺服系统方块图 数字伺服系统 在数字伺服系统中，全部信号或部分信号是离散参量。因此数字伺服系统又分为数字伺服系统和数字—模拟伺服系统两种。在全数字伺服系统中，动力元件必须能够接收数字信号，可采用数字阀或电液步进马达。数字模拟混合式伺服系统如2所示。数控装置发出的指令脉冲与反馈脉冲相比较后产生数字偏差，经数模转化器把信号变为模拟偏差电压，后面的动力部分不变，仍是模拟元件。系统输出通过数字检测器(即模数转换器)变为反馈脉冲信号。
图2 数字伺服系统方块图 数字伺服系统有很高的绝对精度，受模拟量的噪声和零漂的影响很小。当要求较高的绝对精度，而不是重复精度时，常采用数字模拟系统。从经济性可靠性方面来看，简单的伺服系统采用采用模拟型控制为宜。 系统特点及使用场合 电液伺服系统综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量的反馈等优点。因此，在负载质量大又要求响应速度快的场合最为适合，其应用已遍及国民经济的各个领域，比如飞机与船舶舵机的控制、雷达与火炮的控制、机床工作台的位置控制、板带轧机的板厚控制、电炉冶炼的电极位置控制、各种飞机车里的模拟台的控制、发电机转速的控制、材料试验机及其他实验机的压力控制等等。 电液位置伺服系统分析 电液位置伺服系统是最基本和最常用的一种液压伺服系统。当采用电位器作为指令装置和反馈测量装置，就可以构成直流电液位置伺服系统。采用自整角机或旋转变压器作为质量装置和反馈测量装置，就可以构成交流电液位置伺服系统。图3是一个典型的电液位置伺服控制系统。图中反馈电位器与指令电位器接成桥式电路。反馈电位器滑臂与控制对象相连，其作用是把控制对象位置的变化转换成电压的变化。反馈电位器与指令电位器滑臂间的电位差（反映控制对象位置与指令位置的偏差）经放大器放大后，加于电液伺服阀转换为液压信号，以推动液压缸活塞，驱动控制对象向消除偏差方向运动。当偏差为零时，停止驱动，因而使控制对象的位置总是按指令电位器给定的规律变化。 图3 电液位置伺服系统图 电液伺服系统中常用的位置检测元件有自整角机、旋转变压器、感应同步器和差动变压器等。伺服放大器为伺服阀提供所需要的驱动电流。电液伺服阀的作
电液系统及其控制 1概述 1.1电液控制系统工作原理及组成 一.工作原理 电液控制系统又称电液伺服系统,是以电气信号为输入,以液压信号为输出,电气检测传感器元件为反馈构成闭环控制系统. 由于是电气和液压相结合,因而系统可发挥两者的优点.电气信号便于测量转换放大处理校正,电气检测传感器元件便于检测各种物理量,且快速和多样性;液压信号输出功率大速度快,执行元件具有惯性小等优点.所以结合起来的电液控制系统具有控制精度高,响应速度快,信号处理灵活,输出功率大,结构紧凑,重量轻等优点. 输入电气信号通常有电位器,电子放大器,PLC控制器和计算机等. 电气检测传感器元件通常有位置传感器,压力传感器, 速度传感器,编码器等元件. 输出是以液压动力执行元件(油缸和马达)和伺服元件组成的反馈控制系统.如图所示: 在此系统中,输出量(位移,力,速度等)通过反馈传感器(位移传感器,力传感器,速度传感器等)能自动地快速地准确地反映其变化.并与原先的给定的给定量进行比较,再放大输入给伺服阀,改变其阀芯位移,从而控制输出的压力和流量,驱动执行元件运动,直至输人量与输出量一致为止. 举例: 1.阀控式电液位置控制伺服系统(如上图) 图中所示为双电位器电液位置控制伺服系统的工作原理图.该系统控制工作台的位置,使其按指令电位器给定的规律变化. 系统由指令电位器, 反馈电位器,电子放大器,电液伺服阀,液压缸和工作台组成. 其工作原理如下: 指令电位器将位置指令xi转换成指令电压ur,被控制的工作台位置xp由反馈电位器检测转换成反馈电压ui.两个线性电位器接成桥式电路,从而得到偏差电压ue=ur-uf.当工作台位置xp与指令位置xi一致时,电桥输出偏差电压ue=0,此时伺服放大器输出电流为零, 电液伺服阀处于零位,没有流量输出,工作台不动.当指令电位器位置发生变化,如向右移动一个位移Oxi,在工作台位置发生变化之前, 电桥输出偏差电压ue=KOx,偏差电压经伺服放大器放大后变为电流信号去控制电液伺服阀, 电液伺服阀输出压力油到液压缸,推动工作台右移.随着工
6-1 怎样区分一个系统是位置、速度或力电-液伺服控制系统。 按系统被控制的物理量的性质来区分，如果是要实现位置控制，当然就是位置电液伺服系统。 6-2 试比较电-液伺服系统与机-液伺服系统的主要优缺点和性能特点。 机液伺服系统的指令给定、反馈和比较都是采用机械构件，优点是简单可靠，价格低廉，环境适应性好，缺点是偏差信号的校正及系统增益的调整不如电气方便，难以实现远距离操作，另外，反馈机构的摩擦和间隙都会对系统的性能产生不利影响。机液伺服系统一般用于响应速度和控制精度要求不是很高的场合，绝大多数是位置控制系统。 电液伺服系统的信号检测、校正和放大等都较为方便，易于实现远距离操作，易于和响应速度快、抗负载刚度大的液压动力元件实现整合，具有很大的灵活性和广泛的适应性。特别是电液伺服系统与计算机的结合，可以充分运用计算机快速运算和高效信息处理的能力，可实现一般模拟控制难以完成的复杂控制规律，因而功能更强，适应性更广。电液伺服系统是液压控制领域的主流系统。 6-3 为什么说电-液伺服系统一般都要加以校正。 当电液位置伺服控制系统的某些性能指标不甚满意时，简单的方法可通过增大系统的开环增益来提高响应速度和控制精度，但提高开环增益受系统稳定性条件的制约，也就是受液压固有频率和阻尼比的限制。全面改善系统的性能仅仅靠调整开环增益是远远不够的，通过对电液伺服系统进行针对性的校正，往往能够获得更高性能的电液伺服系统，并且不同的校正方法，会得到不同的改善效果。 6-4 怎样才能简化位置电-液伺服控制系统。 当电液伺服阀的频宽与液压固有频率相近时，电液伺服阀的传递函数可用二阶环节来表示；当电液伺服阀的频宽大于液压固有频率（3~5倍）时，电液伺服阀的传递函数可用一阶环节来表示。又因为电液伺服阀的响应速度较快，与液压动力元件相比，其动态特性可以忽略不计，而把它看成比例环节。一般的液压位置伺服系统往往都能够简化成以下的这种形式。 ()()V 2h h h 21K G s H s s s s ζωω=??++ ??? 6-5 怎样理解系统刚度高，误差小。 以负载误差为例，对于I 型系统稳态负载误差为()ce L L022v m K e T K i D ∞= ，负载误差()L e ∞的大小与负载干扰力矩L0T 成正比，而与系统的闭环静刚度22V m ce K i D K 成反比，所以当系统的刚 度高时误差较小。
电液位置伺服系统研究现状 张如兴 摘要当系统中被控制的物理量是位置量，同时检测反馈信号以及输入指令信号也是位置信号的由机构和液压元件组成的闭环控制系统。信号的传输是机械液压方式的，这一类系统称为机液位置伺服系统。机液伺服系统的优点是结构简单、工作可靠、抗污染能力强、造价低廉，因此广泛应用于航空、航天、舰船、工程机械、汽车、动力工程、机床控制、和农业机械等各个领域。机液伺服系统的缺点是机械连接件较多，因此不可避免饿带来了间隙、摩擦和刚度的影响。但是，由于它所具有的优点，应用的历史悠久，而且也广泛。 关键词位置伺服系统、伺服阀、应用范围 电液伺服位置系统在不断的进步中，越来越来得到广泛的应用。现在我就浅谈电液伺服位置系统得到一些应用和现状。 电液伺服阀是电液伺服控制系统的核心控制元件，其性能直接决定和制约着整个电液伺服控制系统的控制精度、响应特性、工作可靠性及寿命。随着航空、航天和军事工业对电液伺服系统性能要求的提高，民用工业对低成本、易维护、环保型电液伺服系统需求，传统电液伺服阀已不能满足要求。为提高伺服阀性能，国内外展开了以新型功能材料为基础的高频响、高精度电液伺服阀，以结构改进为基础的大流量、抗污染、低成本型电液伺服阀，以及以水作为介质的水压伺服阀的研究。 l新型功能材料在电液伺服阀中的应用 1．1超磁致伸缩材料 超磁致伸缩材料(GMM)的基本物理原理为磁致伸缩效应，即物体随磁化方向伸长或缩短的现象Ⅲ。此种材料做成的转换器具有输出力大、响应速度快、控制精度高等优点。 1．2压电材料／电致伸缩材料 压电材料(1rZT)和电致伸缩材料(PMN)部是电介质，在其极化方向上施加一定强度的电场．则会引起材料的机械变形．去掉电场后叉能恢复到原状态”。此种材料做成的转换器同样具有输出力大、响应速度快、控错精度高等优点．与GMM材料相比，研究成熟，价格低，但其需要较高的驱动电压。 1．3形状记忆台金 形状记忆台金(SMA)是指其宥一定初始形状的合盒在低温下经塑性形变并固定成另一种形变后，通过加热到某一l晦界温度以上叉可恢复成初始形状的一类合金此种材料做成的转换器体积小精度低，价格较低。 1．4磁流变流体 磁流变流体(MRF)属可控流体，由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。在外磁场作用下，表面黏度系数陡然增大两个数量级以上；当外加磁场增强时，会在一瞬间(0．1 s左右)变成类固体，失去流动性当撤销磁场后，材料立即恢复原状"。 国内哈尔滨工业大学利用MRF在外加磁场作用下，具有较大磁化强度的特点，提出了在力矩马达衔铁和铁芯的工作气隙中加入MRF，利用MRF来改善伺服阀动态性能的方法。实验表明，添加磁流变流体后消除了射流管伺服阀的自激震荡，但响应速度降低。 1．5电流变流体
电液伺服控制系统概述 摘要：电液伺服控制是液压领域的重要分支。多年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率——重量比和大功率液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。特别是控制理论在液压系统中的应用、计算及电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在原件和系统方面、理论与应用方面都日趋完善和成熟，并形成一门学科。目前液压技术已经在许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门及飞机、船舶部门等。 关键词：电液伺服控制液压执行机构 伺服系统又称随机系统或跟踪系统，是一种自动控制系统。在这种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律动作。液压伺服系统是以液压为动力的自动控制系统，由液压控制和执行机构所组成。 一、电液控制系统的发展历史 液压控制技术的历史最早可以追溯到公元前240年,一位古埃及人发明的液压伺服机构——水钟。而液压控制技术的快速发展则是在18世纪欧洲工业革命时期,在此期间,许多非常实用的发明涌现出来,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。19世纪初液压技术取得了一些重大的进展,其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。这些应用最初包括雷达驱动、制导平台驱动及导弹发射架控制等,后来又扩展到导弹的飞行控制、雷达天线的定位、飞机飞行控制系统的增强稳定性、雷达磁控管腔的动态调节以及飞行器的推力矢量控制等。电液伺服驱动器也被用于空间运载火箭的导航和控制。电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。在早些时候,数控机床的工作台定位伺服装置中多采用电液系统(通常是液压伺服马达)来代替人工操作,其次是工
气体压力和流量的控制 一、概述 在气相色谱仪中，载气起着推动试样在色谱柱中运动和为试样在色谱相中提供流动相的作用，因此气路系统在色谱仪中是一个供载气连续运动系统，系统的密封性、阻力变化、载气的流速、压力波动等都将对仪器稳定性、定性和定量分析结果产生很大影响。另外辅助气路流量的稳定性也会对检测器灵敏度和基线稳定性有直接影响。实验表明载气流速每波动1%，组分的保留时间变化通常要大于1秒，因此，在气相色谱仪中，载气和辅助气必须精密控制与调节，为此现代气相色谱仪的载气气路和辅助气路在设计应满足以下几条： 0.气路安排应即实用又简单，以减少漏气的几率； 0.有良好长久的密封性能； 0.用于气路中的器材、部件干净程度必须满足色谱分析要求。为提高不同类气体的纯净度，在气 路系统中应具备有多种用途的过滤器； 0.为提高定性精度，减少环境温度波动对气流的影响，气路控制部分最好能在恒温条件下工作； 0.压力表的精度（特别是在毛细管分析系统）应足够高； 0.流速的调节要细微、精确、重复性好。对TCD、 FID、 ECD、 FPD等常用检测器，应能方 便准确地测量流速； 0.为实现反吹，多柱切换及检测器的串并联等多维色谱操作，气路中应考虑安排有，各种使用温 度范围的切换阀，如：四、六、八、十、十二通阀等； 1.为适应在低于环境温度以下工作，仪器应备有制冷剂（液氮和CO2等）的控制系统； 0.为适应多功能多检测器的需要，气路中多种气路压力流量控制部件应具备有开关阀、稳压阀、 稳流阀、针型阀、分流阀、单向阀、电磁阀及背压阀等。且通过简单的组合、排列就能适应不 同柱或检测器的需要； 0.为了不断提高仪器自动化和数字化以及实现微计算机控制，以实现压力、流量、线速度编成等 在有条件时气路中应安装EPC控制系统； 虽然以上各点对于一台多功能和高指标的气相色谱仪是非常重要的，但并不要求每一台色谱仪不论性能高低和应用场合都应具备，对于不同用途的仪器，还需根据具体情况安排。气路压力、流速控制部件的安排可以千变万化，但流速都是通过调节气阻和压力来实现的。气路中气体流速、压力、和气阻的关系式是： P1---P2 F2∽————— R′ 式中： F---流过气阻的气体的平均流速 P1、P2 ----气阻两端压力 R′----气阻 其中，气阻R除和本身结构有关外，还随气体的性质及气体流动类型而变化。在气动控制中，气体的压力与流速的关系虽然和电子学中的概念相似（如电压-气压 电阻-气阻 电容-气容 流量-电流 等），但它没有电学中，欧姆定律那样简单的线性关系，因此，在实际使用时，很难通过用公式计算流速、压力，而必须实测确定。虽然压力和流速的稳定性，对分析定性保留时间和定量的峰高（峰面积）以及仪器的稳定性有直接影响，但由于色谱分析的参数多重性，对于不同分析情况至今未能给出具体数值要求，一般讲，浓度型比质量型要求高；毛细管分析比填充柱高；程序升温比恒温分析要求高，总之，一个优良的气路，压力与流速的稳定性应优于0.5~ 1%。
数控机床工作台电液位置伺服控制系统设 计及仿真 姓名：雷小舟 专业:机械电子工程 子方向：机电一体化 武汉工程大学机电液一体化实验室
位置伺服系统是一种自动控制系统。因此，在分析和设计这样的控制系统时，需要用自动控制原理作为其理论基础，来研究整个系统的动态性能，进而研究如何把各种元件组成稳定的和满足稳定性能指标的控制系统。若原系统不稳定可通过调整比例参数和采用滞后校正使系统达到稳定，并选取合适的参数使系统满足设计要求。 1 位置伺服系统组成元件及工作原理 数控机床工作台位置伺服系统有不同的形式，一般均可以由给定环节、比较环节、校正环节、执行机构、被控对象或调节对象和检测装置或传感器等基本元件组成[1]。根据主机的要求知系统的控制功率比较小、工作台行程比较大，所以采用阀控液压马达系统。 系统物理模型如图1所示。 图1 数控机床工作台位置伺服系统物理模型 系统方框图如图2所示。 图2 数控机床工作台位置伺服系统方框图 数控机床工作台位置伺服系统是指以数控机床工作台移动位移为控制对象的自动控制系统。位置伺服系统作为数控机床的执行机构，集电力电子器件、控制、驱动及保护为一体。数控机床的工作台位置伺服系统输出位移能自动地、快速而准确地复现输入位移的变化，是因为工作台输出端有位移检测装置（位移传感器）将位移信号转化为电信号反馈到输入端构成负反馈闭环控制系统。反馈信号与输入信号比较得到差压信号，然后把差压信号通过伺服放大器转化为电流信号，送入电液伺服阀（电液转换、功率放大元件）转换为大功率的液压信号（流量与压力）输出，从而使液压马达的四通滑阀有开口量就有压力油输出到液压马达，驱动液压马达带动减速齿轮转动，从而带动滚珠丝杠运动。因滚珠丝杠与工作台相连所以当滚珠丝杠 运动时，工作台也发生相应的位移。 2数控工作台的数学模型 2.1 工作台负载分析 工作台负载主要由切削力c F ,摩擦力f F 和惯性力a F 三部分组成，则总负载力为: a f c L F F F F ++=
电液伺服控制系统的设计与仿真 引言 电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、控制精确性高等突出优点，因而在航空航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到广泛应用。随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入了电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。因此，利用AMESim、Matlab／Simulink等仿真软件对电液伺服控制系统进行动态仿真，对于改进系统的设计以及提高液压系统的可靠性都具有重要意义。 1 液压系统动态特性研究概述 随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，系统柔性化与各种性能要求更高，采用传统的以完成执行机构预定动作循环和限于系统静态性能的系统设计远远不能满足要求。因此，现代液压系统设计研究人员对系统动态特性进行研究，了解和掌握液压系统动态工作特性与参数变化，以提高系统的响应特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。 1.1 液压系统动态特性简述 液压系统动态特性是其在失去原来平衡状态到达新的平衡状态过程中所表现出来的特性，原因主要是由传动与控制系统的过程变化以及外界干扰引起的。在此过程中，系统各参变量随时间变化性能的好坏，决定系统动态特性的优劣。系统动态特性主要表现为稳定性（系统中压力瞬间峰值与波动情况）以及过渡过程品质（执行、控制机构的响应品质和响应速度）问题。 液压系统动态特性的研究方法主要有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。数字仿真法是利用计算机技术研究液压系统动态特性的一种方法。先是建立液压系统动态过程的数字模型——状态方程，然后在计算机上求出系统中主要变量在动态过程的时域解。该方法适用于线性与非线性系统，可以模拟出输入函数作用下系统各参变量的变化情况，从而获得对系统动态过程直接、全面的了解，使研究人员在设计阶段就可预测液压系统动态性能，以便及时对设计结果进行验证与改进，保证系统的工作性能和可靠性，具有精确、适应性强、周期短以及费用低等优点。 1.2 仿真环境简介 基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中著名的仿真集成环境，它在众多领域得到广泛应用。Simulink借助Matlab的计算功能，可方便地建立各种模型、改变仿真参数，有效解决了仿真技术中的问题。Simulink提供了交互的仿真环境，既可通过下拉菜单进行仿真，也可通过命令进行仿真。虽然Simulink提供了丰富的模块库，但是在Matlab／Simulink下对液压系统进行建模及仿真需要做很多简化工作，而模型的简化使得仿真结果往往出现一定的误差。AMESim (Advanced Modeling Environment for Simulation of Engineering Systems)是法国IMAGINE公司开发的一套高级仿真软件。它是一个图形化的开发环境，用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析。AMESim的特点是面向工程应用从而使其成为汽车、航天和航空等工业研发部门的理想仿真工具。研究人员完全可以用AMESim的各种模型库来设计系统，从而可快速达到建模仿真的最终目标，同时还提供了与Matlab、ADAMS等软件的接口，可方便地与这些软件进行联合仿真。
百度文库 襄阳航宇机电国内专业生产伺服阀 HY系列电液伺服阀介绍 航宇HY系列—伺服阀 襄阳航宇机电液压应用技术有限公司（以下简称航宇）是中国液压伺服阀行业的知名企业，专业从事电液伺服阀及伺服系统的研发、生产、销售及维修。产品主要有HY系列电液伺服阀。 航宇有雄厚的技术实力和研发团队，研发中心拥有多位国内外知名行业专家。航宇掌握了电液伺服核心技术，拥有自主创新的知识产权。自主开发有HY系列电液流量伺服阀、电液压力伺服阀、电液压力-流量伺服阀、动压反馈电液伺服阀、长寿命电磁液压锁、高精度伺服马达、伺服油缸、多功能伺服控制器、伺服泵站及伺服系统等光机电一体化产品。广泛应用于航空航天、冶金加工、船舶制造、石油化工、工程机械、科研实验以及兵器工业等领域。还可对进口电液伺服阀进行全面维修及国产化开发。航宇先后获得“重点高新技术企业”“国家重点新产品”等多项荣誉。 以下是航宇机电公司的HY系列产品中的几个伺服阀及其参数。可全性能代替MOOG伺服阀，真正做到电液伺服阀国产化。 HY151A可全性能替代MOOG 73 HY150可全性能替代MOOG 76 HY130可全性能替代MOOG 31 HY160可全性能替代MOOG 78 HY152可全性能替代MOOG G761
测试油温40±6℃；测试供油压力21MPa 电液伺服阀较容易受污染，因此对油液环境要求较高。以下是电液伺服系统的污染和维护问 题及电液伺服阀的故障分析及排除。 电液伺服系统的污染和维护 电液伺服系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的的优劣，还因系统的污染防护和处理，系统的污染直接影响电液伺服系统工作的可靠性和元件的使用寿命，据统计，国内外的电液伺服系统故障大约有70％是由于污染引起的。 一、油液污染对系统的危害主要如下： 1）元件的污染磨损 油液中各种污染物引起元件各种形式的磨损，固体颗粒进入运动副间隙中，对零件表面产生切削磨损或是疲劳磨损。高速液流中的固体颗粒对元件的表面冲击引起冲蚀磨损。油液中的水和油液氧化变质的生成物对元件产生腐蚀作用。此外，系统的油液中的空气引起气蚀，导致元件表面剥蚀和破坏。 2）元件堵塞与卡紧故障
电液伺服阀 电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件，它能够把微小的电气信号转换成大功率的液压能（流量和压力）输出。它的性能的优劣对系统的影响很大。因此，它是电液控制系统的核心和关键。为了能够正确设计和使用电液控制系统，必须掌握不同类型和性能的电液伺服阀。 伺服阀输入信号是由电气元件来完成的。电气元件在传输、运算和参量的转换等方面既快速又简便，而且可以把各种物理量转换成为电量。所以在自动控制系统中广泛使用电气装置作为电信号的比较、放大、反馈检测等元件；而液压元件具有体积小，结构紧凑、功率放大倍率高，线性度好，死区小，灵敏度高，动态性能好，响应速度快等优点，可作为电液转换功率放大的元件。因此，在一控制系统中常以电气为“神经”，以机械为“骨架”，以液压控制为“肌肉”最大限度地发挥机电、液的长处。 由于电液伺服阀的种类很多，但各种伺服阀的工作原理又基本相似，其分析研究的方法也大体相同，故今以常用的力反馈两级电液伺服阀和位置反馈的双级滑阀式伺服阀为重点，讨论它的基本方程、传递函数、方块图及其特性分析。其它伺服阀只介绍其工作原理，同时也介绍伺服阀的性能参数及其测试方法。 电液伺服阀的组成 电液伺服阀在电液控制系统中的地位如图27所示。电液伺服阀包括电力转换器、力位移转换器、前置级放大器和功率放大器等四部分。 3.1.1 电力转换器 包括力矩马达（转动）或力马达（直线运动），可把电气信号转换为力信号。 3.1.2 力位移转换器 包括钮簧、弹簧管或弹簧，可把力信号变为位移信号而输出。 3.1.3 前置级放大器 包括滑阀放大器、喷嘴挡板放大器、射流管放大器。 3.1.4 功率放大器——滑阀放大器 由功率放大器输出的液体流量则具有一定的压力，驱动执行元件进行工作。 图27 电液控制系统方块图 电液伺服阀的分类 电液伺服阀的分类