电液控制系统

电液控制系统具体技术要求1、支架配置电液控制系统，能够完成支架要求电控的各种动作功能。

2、电液控制系统显示菜单语言为中文。

3、支架可实现成组程序自动控制，包括成组自动移架、成组自动推溜、成组自动伸收护帮。

4、支架可实现邻架电控的手动、自动操作，实现本架电磁阀按钮的手动操作。

5、配备红外线发射、接收装置，以确定采煤机位置。

6、对立柱的工作压力、推移千斤顶的行程、煤机的位置、方向进行监测，能在井下主控计算机上显示。

7、电液控制系统设有声音报警、急停、本架闭锁及故障自诊断显示功能，并能方便地进行人工手动操作，能够在线进行参数调整设定。

8、电液控制系统的电源为隔爆兼本安型，供电电压为 AC 127V 50Hz。

9、电液控制系统具备防水防尘能力，主要电液控制装置外壳防护等级不低于IP68。

10、电液控制系统具备抗干扰能力，不允许有误动作。

11、电控系统连接器的插接可靠，有较好的抗砸、抗挤、抗拉能力，插接灵活。

12、压力传感器的量程60MPa。

13、电控系统为非主-从机型，当工作面控制系统与顺槽控制主机断开后，仍能完成各种操作功能和操作模式设置。

14、具备初撑力自动保持功能，补偿初撑力可调（不超过泵压）；具有带压移架功能。

15、支架配备自动反冲洗过滤器，过滤精度25μm，流量1000L/min；具有自动反冲洗功能，能够实现定时自动反冲洗。

16、高压过滤站过滤精度25μm，流量1000L/min；具有自动反冲洗功能，能够实现定时自动反冲洗、根据进出口压差自动反冲洗及顺序反冲洗滤芯功能。

17、回液过滤站过滤精度60μm，流量2000L/min，结构上具有可方便切换操作的备用过滤装置。

18、进入泵站的清水要符合MT419—1995标准和经过60μm清水过滤装置的过滤。

19、所供应的货物将按下列标准（推荐）进行设计和制造电气: IEC标准/EN标准机械: ISO标准类似或高于上述标准的货物原产国的国家标准或其它目前使用的国家标准。

机电液控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机电液控制系统的基本原理和组成，理解各部分功能及其相互关系；2. 使学生了解机电液控制系统在工程实际中的应用，并能结合实例分析系统的工作过程；3. 帮助学生掌握机电液控制系统相关部件的选型、安装与调试方法。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识对机电液控制系统进行仿真、设计和优化能力；2. 培养学生动手实践能力，能独立完成小型机电液控制系统的搭建和调试；3. 提高学生团队协作能力，能在小组合作中发挥个人专长，共同完成项目任务。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对机电液控制系统相关工程领域的兴趣，激发学生探索精神和创新意识；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践操作规范，养成安全意识和环保意识；3. 培养学生面对工程实际问题，能主动分析、解决问题的能力，增强自信心和责任感。

课程性质：本课程为专业核心课程，旨在培养学生的机电液控制系统设计、搭建和调试能力。

学生特点：学生具备一定的机电基础知识和实践技能，具有较强的学习兴趣和探究欲望。

教学要求：结合课本内容，注重理论联系实际，提高学生的实践操作能力和工程素养。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续专业课程和未来职业发展打下坚实基础。

二、教学内容1. 机电液控制系统概述：介绍机电液控制系统的基本概念、发展历程、应用领域，使学生建立整体认识。

教材章节：第一章 绪论2. 机电液控制系统组成及原理：讲解各组成部分（电机、执行机构、传感器、控制器等）的工作原理及相互关系。

教材章节：第二章 机电液控制系统组成及原理3. 控制系统数学模型：分析机电液控制系统的数学模型，为学生进行系统分析和设计提供理论基础。

教材章节：第三章 控制系统数学模型4. 机电液控制系统设计与仿真：介绍系统设计方法、仿真软件应用，培养学生设计、仿真和优化能力。

教材章节：第四章 系统设计与仿真5. 机电液控制系统搭建与调试：讲解系统搭建、调试方法及注意事项，提高学生实践操作能力。

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.随着工作台的移动, 电桥输出偏差电压逐渐减小,当工作台移动Oxp等于指令电位器位移Oxi时, 电桥输出偏差电压为零, 工作台停止移动.反之亦然.系统的工作原理方块图如下:2.泵控式电液速度控制伺服系统该系统的液压动力执行元件由变量泵和液压马达组成,变量泵既是液压能源又是液压控制元件.由于操纵变量机构所需要的力较大,通常采用一个小功率的液压放大装置作为变量控制机构.如图所示为一泵控式电液速度控制伺服系统的原理图.图中所示系统采用阀控式电液位置控制机构作为泵的变量控制机构. 液压马达的输出速度由测速发电机检测,转换为反馈电压信号uf,与输入指令电压信号ur相比较,得出偏差电压信号ue=ur-uf,作为变量控制机构的输入信号.当速度指令为ur0时, 负载以某个给定的转速w0工作,测速机输出反馈电压uf0,则偏差电压ue0=ur0-uf0,这个偏差电压对应于一定的液压缸位置,从而对应于一定的泵流量输出,此流量为保持负载转速w0所需的流量.如果负载变化或其它原因引起转速变化时,则uf 不等于uf0,假如w大于w0,即uf大于uf0,则ue=ur0-uf小于ue0,使液压缸输出位移减小,使泵输出流量减小,液压马达转速自动下调至给定值.反之,如果转速下降,则uf小于uf0,则ue=ur0-uf大于ue0,使液压缸输出位移增大,使泵输出流量增大,液压马达转速自动回升至给定值.结论: 速度指令一定时, 液压马达转速保持恒定;速度指令变化时, 液压马达转速也相应变化.系统的工作原理方块图如下:二.电液伺服控制系统组成1.输入元件---其功用是给出输入信号加于系统的输入端.可以是机械的,电气的等如靠模,电位器,计算机等.2.反馈测量元件---测量系统输出并转换为反馈信号.如各类传感器(位置传感器,压力传感器,速度传感器等).3.比较元件---将输入信号与反馈信号进行比较,给出偏差信号.4.放大转换元件---将偏差信号放大,转换成液压信号.妲伺服放大器,电液伺服阀等.5.执行元件---产生调节动作加于控制对象上,如液压缸和液压马达等.6.控制对象---被控制的设备等,即负载.7.液压能源装置及各种校正装置等.1.2电液伺服控制的分类电液伺服控制系统可按不同的原则分类,基本上有五大类.一.按被控对象的物理量名称分类1.位置伺服控制系统主要是控制被控对象的位置精度的伺服控制系统,妲机床工作台的位置,板带轧机的板厚,振动试验台等系统.2.速度伺服控制系统主要是控制被控对象的速度精度的伺服控制系统,如原动机的调速,雷达天线的速度控制等.3.力伺服控制系统以力为被调量的伺服控制系统,如材料试验机,轧机张力控制系统等.二.按执行元件的控制方式分类1.阀控式伺服控制系统利用伺服阀控制的伺服控制系统称为阀控式伺服控制系统.它又可分为阀控缸系统和阀控马达系统两种.其优点是响应速度快,控制精度高,结构简单.缺点是效率低.2.容积式伺服控制系统利用变量泵或变量马达控制的伺服控制系统称为容积式伺服控制系统.它又可分伺服变量泵系统和伺服变量马达系统.三.按系统输入信号的变化规律分类1. 定值控制系统当系统输入信号为定值时称为定值控制系统.它的任务是将系统的实际输出量保持在希望值上.2. 程序控制系统当系统输入信号为按预先给定的规律变化时称为程序控制系统..3. 伺服控制系统伺服控制系统又称随动系统,其输入信号是时间的未知函数,而输出量能够准确快速地复现输入量的变化规律.四.按信号的方式分类1.模拟信号控制系统系统中全部信号都是连续的模拟量的系统称之.2.数字信号控制系统系统中全部信号都是数字量的系统称之.3. 数字-模拟混合控制系统系统中部分信号是数字量部分信号是模拟量的系统称之.五.按信号传递介质的形式分类1.机液伺服控制系统输入信号给定,反馈测量和比较均用机械构件实现的系统称之.2.电液伺服控制系统用液压动力元件,偏差信号的检测校正和初始放大等均用电气电子元件实现的系统称之.1.3电液伺服控制的优缺点一. 电液伺服控制的优点1.液压元件功率-重量比和力矩-惯量比（力-质量比）大，因而结构紧凑，体积小，重量轻，用于中大型功率系统优点更明显.比较举例：电气元件：最小尺寸取决于有效磁通密度，而有效磁通密度又受磁性材料的磁饱和限制；功率损耗产生的发热量散发又比较困难.因此功率-重量比和力矩-惯量比小，结构尺寸大.液压元件：功率损耗产生的发热量由油带到散热器去散热，其最小尺寸取决于最大工作压力，而工作压力可以很高（通常可达32MPa）,因而元件尺寸小,重量轻, 功率-重量比和力矩-惯量比大.同功率:液压泵重量/电动机重量=10%-20%液压泵尺寸/电动机尺寸=12%-13%液压马达功率重量比=10倍相当容量的电动机液压马达力矩-惯量比=10-20倍电动机2.液压动力元件快速性好,系统响应快.加速能力强,能高速起动和制动.3.液压伺服系统抗负载的刚度大.二. 电液伺服控制的缺点1.液压元件抗污染能力差,对工作介质清洁度要求高.工作介质随温度变化而变化,对系统性能有影响.2. 液压元件制造精度高,成本高,且若元件的密封制造使用不当,易外漏,造成环境污染.3.液压能源传输不如电气系统方便2 电液伺服阀电液伺服阀是电液伺服系统中的主要元件,它既是电液转换元件,又是功率放大元件.它能够把微小的电信号转换成大功率的液压能(流量和压力),是电液伺服控制系统的核心和关键.电液伺服阀的输入信号是由电气元件来完成的,由它再转换成液压流量和压力,输出给执行机构,实现对执行机构各物理量的控制.2.1电液伺服阀的组成与分类一.组成电液伺服阀通常由力矩马达,液压放大器,反馈机构三部分组成.以下图的两级中力反馈式电液伺服阀为例,简单介绍如下:图中上半部为力矩马达,下半部为液压放大器(由四通滑阀组成的液压放大器), 反馈机构则由反馈杆11组成.它们的作用分别是:1.力矩马达(力马达)将输入的电信号转换成力矩或力控制液压放大器运动.2.液压放大器控制液压能源流向执行机构的流量和压力.3.反馈机构使伺服阀输出的流量和压力获得与输入信号相应的特性.二.分类电液伺服阀的种类很多,按不同的结构和机能常有以下几种分类:1.按输出量的控制功能分有:电液流量伺服阀---主要控制输出的液流流量特性,即在额定输入信号范围内,具有线性流量控制特性.电液压力伺服阀---在额定输入信号范围内,具有线性压力控制特性.电液压力-流量伺服阀---在额定输入信号范围内,具有线性压力-流量控制特性.2.按液压放大器的级数分有:单级伺服阀---只有一级放大元件.结构简单,价格低廉,但输出力和力矩小,输出流量小,对负载变化敏感.用于低压小流量和负载变化不大的场合.两级伺服阀---有两级放大元件.它克服了单级伺服阀的缺点,是最常用的型式.三级伺服阀---由一个两级伺服阀作前置级,控制第三级功率滑阀.通常只用于大流量(200L/min)以上的场合.3.按第一级阀的结构分有:滑阀---第一级阀的结构是滑阀.此类阀流量和压力增益高,输出流量大,对油清洁度要求较低.但加工复杂,分辨率低,响应慢,滞环较大,阀芯受力大.喷咀挡板--- 第一级阀的结构是喷咀挡板. 此类阀灵敏,动态响应快,线性度好.但对油清洁度要求高,挡板受力小,驱动功率小.射流管--- 第一级阀的结构是射流管阀. 此类阀抗污染强,但动态响应慢,受油温响应大.4.按反馈形式分有:滑阀位置反馈---利用滑阀的位置反馈的阀,常用的有直接位置反馈,机械位置反馈,位置电反馈,位置力反馈等.直接位置反馈---阀芯位移通过反馈杆与挡板相连,构成滑阀位移力反馈.常用于两级伺服阀.机械位置反馈---将功率级滑阀的位移通过机械机构反馈到前置级.位置电反馈---将功率级滑阀的位移通过位移传感器反馈到伺服阀的放大器输入端,实现功率级滑阀阀芯定位.2.2 力矩马达力矩马达是将电信号转换成机械运动的一种电气-机械转换.一.力矩马达工作原理利用电磁原理,由永久磁铁(或激磁线圈)产生极化磁场,而电信号通过控制线圈产生控制磁场,两个磁场相互作用,产生与控制信号成比例并能反映控制信号的极性的力或力矩,使其运动部分产生直线位移或角位移的机械运动.二.力矩马达分类1. 根据运动形式分1) 角位移马达--力马达,可移动件是直角位移.2) 直线位移马达—力马达,可移动件是直线位移.2.按可动件结构分1)动铁式---可动件是衔铁.2)动圈式---可动件是控制线圈.3.按极化磁场产生的方式分1)永磁式---利用永久磁铁建立极化磁通.2)非极磁式---无专门的极磁线圈,两个控制线圈差动连接,利用常值电流产生极化磁通.3)固定电流极磁式---利用固定电流通过极磁线圈建立极化磁场.三.力矩马达要求1.能产生足够的输出力和行程,且要求体积小,重量轻.2.动态性能好,响应速度快.3.直线性好,死区小,灵敏度高,磁滞小.4.抗震,抗冲击,不受环境温度和压力影响.四.典型力矩马达1. 永磁动铁式力矩马达1)组成下图所示为一种常用的永磁动铁式力矩马达工作原理图,它由永久磁铁(2),上下导磁体(3,5),衔铁(4),弹簧管(1),控制线圈(两个控制线圈套在衔铁上).2)工作原理永久磁铁将上下导磁体磁化,一个为N极, 一个为S极.无信号电流时,即两个控制线圈的电流i1=i2,衔铁在上下导磁体的中间位置,由于力矩马达结构是对称的, 永久磁铁在四个工作气隙中所产生的极化磁通是一样的,使衔铁两端所受的电磁吸力相同,力矩马达无力矩输出.当有信号电流通过控制线圈时,线圈产生控制磁通(其大小和方向取决于信号电流的大小和方向).假设i1>i2,如上图所示,在气隙1,3中控制磁通与极化磁通方向相同,而在气隙2,4中控制磁通与极化磁通方向相反,因此气隙1,3中其控制磁通与永久磁铁磁通合成大于气隙2,4中控制磁通与极化磁通的合成,于是衔铁上产生顺时针方向的电磁力矩,使衔铁绕弹簧管转动中心顺时针方向转动.当弹簧管变形产生的反力矩与电磁力矩相平衡时,衔铁停止转动.如果信号电流反向,则电磁力矩也反向,衔铁向反方向转动.电磁力矩的大小与信号电流的大小成比例,衔铁的转角也与信号电流成比例.因此调节信号电流便可调节电磁力矩的大小,也就调节衔铁的转角大小.2.永磁动圈式马达1)组成永久磁铁,可动线圈,对中弹簧等.2)工作原理图所示为一种常见的结构原理图图中,永久磁铁在工作气隙中形成极化磁通,当控制信号电流加到线圈上时,线圈就会受到电磁力的作用克服弹簧力和负载力而运动.线圈的位移与控制电流成比例.因此输入信号电流就会得到电磁力,且呈正比关系,具有线性特性.3.动铁式力矩马达与动圈式力马达比较动铁式力矩马达动圈式力马达磁滞大磁滞小工作行程小工作行程大输出力矩大,弹簧刚度大,. 输出力矩小,固有频率低.固有频率高同功率体积小, 价格高同功率体积大,价格低五.力矩马达的数学模型（电磁力矩计算）1) 永磁动铁式力矩马达的数学模型（电磁力矩计算）电磁力矩是由于控制线圈输入电流,在衔铁产生了控制磁通而形成的.因此需先求出力矩马达的控制电流.通过力矩马达的磁路分析可求出电磁力矩的计算公式.a.力矩马达的控制电流参看永磁动铁式力矩马达的工作原理图,在其工作时, 两个控制线圈由一个放大器供电,其常值电压Eb在每个控制线圈中产生的常值电流I0大小相等方向相反.当放大器有输入电压时,两个控制线圈的电流分别为:I1= I0+iI2= I0-i式中i1 i2--- 每个控制线圈中的电流;I0---每个控制线圈中的常值电流i---每个控制线圈中的信号电流;两个控制线圈的差动电流为Δi=i1-i2=2I=i c(1)I c ---输入马达的控制电流b. 衔铁中产生的控制磁通根据力矩马达的磁路原理图,应用磁路的基尔霍夫第二定律可得气隙的合成磁通, 继而应用磁路的基尔霍夫第一定律求出衔铁磁通：φa=φ1-φ2=2φgθ（a/Lg）+Δi（Nc/ Rg）式中φa ---衔铁磁通;φg ---衔铁在中位时气隙的极化磁通;θ---衔铁转角; a ---衔铁转动中心到磁极面中心的距离;Lg ---衔铁在中位时每个气隙的长度;Rg ---工作气隙的磁阻;NcΔi---永久磁铁产生的控制磁动势;c. 作用在衔铁上的电磁力矩根据马克斯威尔公式计算衔铁在磁场中所受的电磁吸力,可得由控制磁通和极化磁通相互作用在衔铁上产生的电磁力矩简化式为Td=KtΔi+Kmθ式中Td ---作用在衔铁上的电磁力矩;Kt---力矩马达的中位电磁力矩系数;Km---力矩马达的中位磁弹簧刚度;从式中可看出,在衔铁中产生的控制磁通以及由此产生的电磁力矩比例于差动电流.2) 永磁动圈式力马达的数学模型（电磁力矩计算）参见永磁动圈式力马达的工作原理图,力矩马达的可动线圈悬置于工作气隙中,永久磁铁在工作气隙中形成极化磁通,当控制电流加到线圈上时,线圈就会受到电磁力的作用而运动.其运运动方向和电流方向按左手定则判断.线圈上的电磁力克服弹簧力和负载力,产生一个与控制电流成比例的位移.由于电流方向与磁通方向垂直,根据载流导体在均匀磁场中所受的电磁力公式,可得力马达线圈所受的电磁力:F=BgлDNcic=Ktic式中F---线圈所受的电磁力;K t---电磁力系数F=BgлDNcN c---控制线圈的匝数.B g---工作气隙中的磁感应强度;D---线圈的平均直径;I c---通过线圈的控制电流.结论: 永磁动圈式力马达的电磁力与控制电流成正比,具有线性特性.2.3 液压放大元件电液伺服阀另一个组成部分是液压放大器,它是一种以机械运动来控制流体动力的元件.它将力矩马达(或力马达)输出的机械运动(转角或位移)转换为液压信号(液体的流量和压力)输出,并进行了功率放大.液压放大元件是伺服系统中的一种主要控制元件,其静动态特性对系统的性能影响很大.且结构简单,单位体积输出功率大,工作可靠和动态性能好.一.液压放大元件的种类液压放大元件有滑阀,喷咀挡板阀和射流管阀等.二.滑阀滑阀是靠节流原理工作的.它借助于阀芯与阀套间的相对运动改变节流口面积的大小,对流体流量或压力进行控制.滑阀结构形式多,控制性能好,在电液系统中应用最广泛.1.滑阀的结构及分类(1)按进出阀的通道数划分它与液压方向阀的通道数一样,有四通阀,三通阀和二通阀.四通阀有一个进油口,一个回油口,两个控制口.可用来控制双作用液压缸或马达.如图a所示.三通阀有一个进油口,一个回油口,一个控制口.只可用来控制差动液压缸.如图b所示.图b 三通阀图c 二通阀二通阀一个进油口,只有一个可变节流口,须和一个固定节流孔配合使用,才能用来控制差动液压缸. 如图c所示.(2)按滑阀的工作边数划分a.四边滑阀--与上对应四通阀有四个可控的节流口,又称四边滑阀,控制性能最好.如上图a所示.b. 双边滑阀--三通阀有两个可控的节流口,又称双边滑阀, 控制性能居中. 如上图b所示.c. 单边滑阀--单边滑阀只有一个可控的节流口, 控制性能最差.(3)按滑阀的预开口型式划分按滑阀阀芯在中位时,阀芯凸肩与阀套槽宽的几何尺寸关系划分有:a.正开口--阀芯凸肩与阀套槽宽的几何尺寸是负重叠的(即阀芯凸肩宽度大于阀套槽宽),参见图a.b.零开口--阀芯凸肩与阀套槽宽的几何尺寸是零重叠的(即阀芯凸肩宽度等于阀套槽宽),参见图b.c.负开口--阀芯凸肩与阀套槽宽的几何尺寸是正重叠的(即阀芯凸肩宽度小于阀套槽宽),参见图c.图a 正开口图b 零开口图c 负开口.阀的预开口形式对其性能,特别是零位附近特性影响很大.如下图所示:零开口阀具有线性流量增益特性,性能比较好.负开口阀由于流量增益特性有死区,将引起稳态误差,有时还可能引起游隙,从而产生稳定性问题.正开口在正开口区内外的流量增益变化大,压力灵敏度低,零位泄漏量大.图不同开口形式的流量特性1-零开口2-正开口3-负开口2.滑阀静态特性滑阀静态特性是指稳态情况下,阀的负载流量qL, 负载压力pL和滑阀的位移xv三者之间的关系,即qL=f(pL, xv).它表示滑阀的工作能力和性能,对系统的静动态特性计算有重大意义.阀的静态特性可用方程(压力－流量方程),曲线或特性参数(阀的系数)表示.(1) 滑阀静态特性a.压力－流量方程滑阀的控制流量可由滑阀节流口流量公式表示,其流量是阀芯位移和节流口的压降的函数.为了使问题简化,在推导压力－流量方程时,作了以下假设:a)液压能源是理想的恒压源,供油压力Ps为常数,回油压力P0为零.b)忽略管道和阀腔内的压力损失.c)假定液体是不可压缩的.d)假定阀各节流口流量系数相等.e)阀的窗口都是匹配和对称的.根据节流口流量公式,以四边滑阀为例,可推导出压力－流量方程:负载流量为QL=CdA2√1/ρ(ps - pL)- CdA1√1/ρ(ps + pL)式中Cd-为流量系数,ρ-为油密度, (ρ=870Kg/m3)A1- 为节流口1的面积;A2-为节流口2的面积;ps –为恒压油源压力pL-为负载压力,pL=p1-p2.供油流量为Qs=CdA2√1/ρ(ps - pL)+ CdA1√1/ρ(ps + pL)b.滑阀的静态特性曲线a)流量特性曲线阀的流量特性是指负载压降等于常数时, 负载流量与阀芯位移之间的关系,其图形表示即为流量特性曲线. 负载压降为0时的流量特性称空载流量特性.相应的曲线为空载流量特性曲线,如图a所示.图a 空载流量特性曲线图图b 压力特性曲线b)压力特性曲线阀的压力特性是指负载压降等于常数时, 负载压降与阀芯位移之间的关系,其图形表示即为压力特性曲线.通常所指的压力特性是指负载流量为0时的压力特性,相应的曲线为压力特性曲线,如图b所示.c)压力-流量特性曲线阀的压力-流量特性曲线是指阀芯位移一定时, 负载流量与负载压降之间关系的图形. 如下图所示为理想零开口四边滑阀的压力-流量特性曲线族.它全面描述了阀的稳态特性,并可获得阀的全部性能参数.阀在最大位移下的压力-流量特性曲线可以表示阀的工作能力和规格.当负载所需的压力和流量能被阀在最大位移下的压力-流量特性曲线所包围时,阀就能满足负载的要求阀的压力-流量特性曲线(2)零开口四边滑阀的静态特性a. 理想零开口四边滑阀的静态特性理想零开口滑阀是指径向间隙为零,工作边锐利的滑阀,如图所示.由于径向间隙为零,工作边锐利,因而在讨论静态特性时可不考虑它们的影响.且认为节流阀口为矩形,其面积A=W xv, (W-面积梯度xv-阀芯位移).a)理想零开口四边滑阀的压力－流量方程 理想零开口四边滑阀的压力－流量方程:QL=Cd W xv -(1)b)压力－流量曲线根据无因次压力－流量方程绘制压力－流量曲线如下图所示.因阀窗口是匹配且对称的,所以压力－流量曲线对称于原点.当阀在正常工作状态是按图中Ⅰ,Ⅲ象限曲线.只有在瞬态情况下,才会处于Ⅱ,Ⅳ象限曲线.⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-Lv v s p p χχρ1。

6.电液控制系统设计6.1概述电液控制系统是常用机电一体化系统之一。

它是将计算机电控和液压传动结合在一起，既发挥了计算机控制或电控制技术的灵活性，又体现了液压传动的优势，充分显示出大功率机电控制技术的优越性。

电液控制系统的种类很多，可以从不同的角度分类，而每一种分类方法都代表一定的特征：1）根据输入信号的形式和信号处理手段可人为数字控制系统、模拟控制系统、直流控制系统、电液开关控制系统。

2）根据输入信号的形式和信号处理手段可分为数字控制系统、模拟控制系统、直流控制系统、交流控制系统、振幅控制系统、相位控制系统。

3）根据被控量的物理量的名称可分为置控制系统、速度控制系统、力或压力控制系统等。

4）根据动力元件的控制方式可分为阀控系统和泵控系统。

5）根据所采用的反馈形式可分为开环控制系统、闭环系统和半闭环控制系统。

本章主要介绍电液控制系统的组成、控制元件，系统数字模型以及系统的设计。

6.2电液控制元件电液控制元件主要包括电液伺服阀、电液比例阀、电液数字阀以及由数字阀组成的电液步进缸、步进马达、步进泵等。

它胶是电液控制系统中的电-液能量转换元件，也是功率放大元件，它能够将小功率的电信号输入转换为大功率的液压能（流量与压力）或机械能的输出。

在电液控制系统中，将电气部分与液压部分连接起来，实现电液信号的转换与放大，主要有电液伺服阀、电液比例阀、电液数字阀以及各种电磁开关阀等。

电液控制阀是电液控制系统的核心，为了正确地设计和使用电液控制系统，就必须掌握不同类型电液控制阀的原理和性能。

6.2.1控制元件的驱动6.2.1.1电气—机械转换器电气—机械转换器有“力电机（马达）”、“力矩电机（马达）”以及直流伺服电动机和步进电动机等，它将输入的电信号（电流或电压）转换为力或力矩输出，去操纵阀动作，推行一个小位移。

因此，电气-机械转换器是电液控制阀中的驱动装置，其静态特性和动态特性在电液控制阀的设计和性能中都起着重要的作用。

电液控制系统的组成电液控制系统是一种利用电力信号控制液压元件的系统，用于实现对液压执行元件的精确控制。

以下是电液控制系统的主要组成部分：1. 电力部分：1.1 电源：•提供系统所需的电能，通常是电动机、电动泵或其他电源。

1.2 控制器（Controller）：•接收输入信号，对其进行处理，并输出相应的控制信号。

•可以是单独的控制器或是嵌入在 PLC（可编程逻辑控制器）等设备中。

1.3 传感器和检测器：•用于测量系统的输入和输出参数，例如位置、速度、压力等。

•常见的传感器包括位移传感器、压力传感器、速度传感器等。

2. 液压部分：2.1 液压泵（Hydraulic Pump）：•通过电动机驱动，将液体压力增大，提供液压能源。

2.2 液压缸（Hydraulic Cylinder）：•将液压能转化为机械能，实现线性运动。

2.3 液压阀（Hydraulic Valve）：•控制液体流动的方向、流量和压力，以实现对液压执行元件的精确控制。

•包括方向控制阀、流量控制阀、压力控制阀等。

2.4 液压马达（Hydraulic Motor）：•将液压能转化为机械能，实现旋转运动。

2.5 液压缓冲器和阻尼器：•用于平滑运动、减缓冲击和控制速度。

3. 控制元件：3.1 电磁阀（Solenoid Valve）：•控制液压阀的电磁元件，根据控制信号打开或关闭阀门。

3.2 液压逻辑元件：•如逻辑阀、比例阀等，用于实现复杂的液压控制逻辑。

4. 传动部分：4.1 油箱和油过滤器：•存储液压油并确保其清洁，以维护系统的正常运行。

4.2 油管和连接件：•传递液压油流，连接系统的各个组件。

5. 辅助部分：5.1 管路和阀组：•构建液压系统的管道和阀门。

5.2 控制面板和操作元件：•提供人机界面，允许操作员对系统进行手动或自动控制。

电液控制系统通过将电力信号转换为液压信号，实现了对液压执行元件的高精度控制，广泛应用于工业、航空、建筑和农业等领域。

电液系统摘要：电液系统具有相应快速、控制灵活等优点而广泛应用于现代工业中,对促进工业发展具有重要的作用。

本文从电液控制系统的建模以及电液元件（伺服阀、比例阀）研究状况、电液系统的未来发展趋势三方面进行了阐述.关键词：电液系统;建模;比例阀;伺服阀;发展趋势1前言18世纪欧洲工业革命时期,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用，19世纪液压技术取得进展，包括采用油作为工作流体和采用电来驱动方向控制阀，20世纪50—60年代是电液元件和技术发展的高峰期，在军事应用中得到广泛应用[1]。

液压技术是以液体为工作介质，实现能量传递、转换、分配及控制的一门技术。

液压系统因其响应快、功率体积比较大、抗负载刚度大以及传递运动平稳等优点而广泛应用于冶金、化工、机械制造、航空航天、武器装备等领域［2]。

随着液压技术与微电子技术、传感器技术、计算机控制等技术的结合，电液技术成为现代工程控制中不可或缺的重要技术手段和环节。

电液技术既有电气系统快速响应和控制灵活的优点，又有液压系统输出功率大和抗冲击性好等优点［3]。

韩俊伟对电液伺服系统的发展历史、研究现状和系统集成技术的应用进行了全面阐述，通过介绍电液伺服系统在力学环境模拟实验系统中的应用，分析了电液伺服系统的集成设计，比较了我国在电液伺服系统技术研究中的优劣势,指出电液伺服系统的未来发展趋势与挑战[4]。

许梁等从电液元件、电液控制系统、现代电液控制策略三方面对电液系统进行了阐述,指出了电液发展趋势［5］。

陈刚等从电液元件、电液控制系统、计算机在电液系统中应用、现代控制理论的电液技术方面对电液系统进行了阐述，对于现代控制理论的电液技术,从PID调节、状态反馈控制、自适应控制、变结构控制、模糊逻辑控制、神经网络控制进行了探究[6］.本文从电液系统的建模、电液元件（比例阀、伺服阀)、发展趋势研究进行综述.2系统的建模伺服系统是一个由多个环节构成的复杂的动力学系统,而且是一种典型的非线性时变系统。

电液控的基本原理电液控制（Electro-hydraulic control）是一种基于电力和液压的控制技术，用于控制和调节机械系统的运动和操作。

它是将电力信号转换为液压能量，并利用液压传动来实现机械系统的运动控制。

电液控制广泛应用于工业生产和机械设备中，具有高效、可靠、快速和精确的特点。

电液控制系统主要由电源、电控信号传输、电液转换、执行器和反馈传感器等组成。

其中，电源提供电能；电控信号传输将控制信号传达给电液转换部分；电液转换部分将电控信号转换为液压能量；执行器接收液压能量，并将其转换为机械力或运动；反馈传感器用于监测执行器的位置、速度或力量，并将其反馈给电控系统，以实现闭环控制。

在电液控制系统中，电液转换部分是关键组成部分。

它由液压泵、液压阀、液压缸和油管等组成。

液压泵将电能转换为液压能，通过压力油管输送液压能量到液压阀。

液压阀根据接收的电控信号控制液压能量的流动方向、流量和压力等参数。

液压缸是执行器的一种形式，通过液压能量驱动活塞进行线性或旋转运动。

液压缸的运动通过连杆或机构与要控制的机械系统连接，从而实现位置、速度和力量等的控制。

电液控制系统的工作原理是通过电控信号控制液压能量的流动和分配，从而控制执行器的运动。

控制信号可以是电压、电流或数字信号等形式。

当控制信号变化时，电控系统会根据预设的控制算法调整液压阀的工作状态，以实现预期的机械运动。

电液控制系统可以实现多种控制方式，包括位置控制、速度控制和力控制等。

位置控制是通过控制液压阀的开关状态来控制液压缸的位置。

速度控制是通过控制液压阀的流量来控制液压缸的运动速度。

力控制是通过控制液压阀的压力来控制液压缸的输出力量。

这些控制方式可以单独应用，也可以结合使用，以实现更复杂的机械运动控制需求。

电液控制系统的优点在于其高效、可靠、快速和精确的特点。

由于液压系统具有较大的功率密度和传动效率，能够在短时间内提供大量的力矩和功率输出。

同时，液压系统具有较好的响应速度和控制精度，能够实现高速运动和精确控制。

第1章数字电液控制系统1.1概述汽轮机的启动运行及安全保护是通过汽轮机控制系统实现的，作为汽轮机的脑袋，控制系统是汽轮机不可分割的一部分。

汽轮机的控制系统是从单纯的调节系统发展起来的，早期的液压调节系统，由主油泵提供整个系统的动力油和控制油，与润滑油系统共用一个供油系统，启动是靠人工操纵主汽门来控制汽轮机转速。

在升速过程中，整个控制过程处于开环运行状态，由人工监视控制。

当转速达到一定转速时，旋转阻尼感受到转速信号，产生一次油压反馈信号，再通过放大器放大为二次油压，控制油动机驱动进汽调节阀进一步提升转速，以达到同步、并网、带负荷，从而完成整个汽轮机的控制过程。

由于控制信号和反馈信号都是由机械或液压部件产生，在信号的产生和执行过程中，这些部件难免存在着摩擦迟缓，以至准确性差，迟缓率大，造成控制精度不高，不可避免地影响汽轮机控制性能。

同时缺少合适的控制接口，很难使机组满足整个系统的协调控制要求，阻碍了控制系统自动化程度的进一步提高。

为了使汽轮机能更准确、更协调、更安全、更可靠地实现控制，使电厂用户能更方便、更灵活地使用和维护，同时为提高整台机组的控制水平，与世界接轨，增强产品的竞争力，汽轮机控制系统的发展也应与世俱进。

随着科学技术的发展，国内汽轮机控制系统经过电子管、晶体管、模拟电路几个阶段的发展，通过二代人的努力，已具备实现数字控制的能力。

80年代初，引进国外先进技术，通过不断地消化和实践，使我们的设计技术和生产制造能力有了质的飞跃。

以引进技术为借鉴，一种以数字技术为基础的电液控制系统控制汽轮机的愿望得以实现。

数字式电液控制系统，简称DEH，它将现场的信号转化成数字信号，代替原有机械液压信号。

通过计算机的运算，控制汽轮机的运行，使运行人员可以通过DEH来完成对汽轮机的控制和监视。

1.2调节保安系统调节保安系统由调节系统和保安系统组成。

调节系统是汽轮机控制的主要环节，全面控制汽轮机的启停、升速、带负荷及电厂的协调控制，采集各种汽轮机的运行信息，显示汽轮机的运行状态；保安系统是汽轮机保护的重要部分，它全方位监视汽轮机的各个危害安全运行的参数，保护汽轮机安全可靠的运行。

电液控制系统说明：4.2 油源系统采用电机/泵间歇工作模式,当系统执行开阀动作时,电机带动液压泵通过单向阀(124)及控制阀向执行机构油缸及蓄能器提供压力油(蓄能器在系统中起压力补偿及吸收脉动的作用),两个压力继电器(519A/B)设定系统压力范围(低压LP 高压HP),当系统压力达到高压限HP,电机/泵停止运转,系统由蓄能器(33)及单向阀进行保压,当系统压力下降到低压限LP,电机/泵（956/542）重新启动,向蓄能器（33）补油升压。

保证液压执行机构在正常压力下工作。

4.3 液压控制原理液压控制系统采用高性能和高可靠性液压元件按逻辑原理组成。

通过电气信号的转换以实现功率的转换，从而控制油缸动作,实现阀门的开启和关闭。

控制系统对每套阀门进行独立控制。

•阀门正常开启：手动换向阀处于自动位,电磁阀（511）带电，压力油通过各控制阀进入油缸,驱动阀门开启,同时由蓄能器(33)为系统提供压力补偿,使阀门保持全开状态,阀门开启时间可通过节流阀调节。

•阀门正常关闭：手动换向阀处于自动位，电磁阀（511）失电,油缸中的压力油在弹簧力的作用下回油箱，并通过各控制阀配合实现阀门的快关缓闭,阀门快关时间通过节流阀调节,阀门缓闭时间通过节流阀调节。

•ESD关阀：手动换向阀处于自动位,当产生ESD信号时,电磁阀失电，阀门紧急关闭。

•手动换向阀操作：当油源系统正常时,可通过手动换向阀开启和关闭阀门。

• 手动泵操作：当动力电源丢失或需要手动操作时,手动换向阀处于手动位,此时操作手动泵,实现阀门的开启,并可通过截止阀实现阀门手动关闭。

图 4－2 液压控制系统 1—油箱；2—温度/液位计559；3—呼吸阀561；4—温度/液位开关560；5—压力表121；6—低压压力继电器351A ；7—高压压力继电器351B ；8—电磁阀换向阀；9手动换向阀；10—截止阀101；11—手动泵541；12—蓄能器33；13手动泵操作杆1 2 543 6 7 8 9 1011 12 13五、电气控制系统5.1 电气控制系统组成图 5－1电气控制面板1—油源系统控制及报警显示部分；2—A阀控制及显示部分；3—B阀控制及显示部分5.1.1 油源泵控部分及报警指示•液压油温度高(HIGH TEMP)报警•液压油液位低(LOW LEVEL)报警•阀门未到位故障(VALVE FAIL)报警•系统压力低(LOW PRESSURE))报警•阀门全关位置(CLOSE)指示灯•本地/远程选择开关(LOCAL/REMOTE)，选择阀门本地或远程操作方式；•本地开/关阀门选择开关(OPEN/CLOSE)2)B阀•紧急关阀(ESD)指示灯•阀门全开位置(OPEN)指示灯•阀门全关位置(CLOSE)指示灯•本地/远程选择开关(LOCAL/REMOTE)，选择阀门本地或远程操作方式；•本地开、关阀门选择开关(OPEN/CLOSE)5.2 输入/输出信号1)输入信号•控制室远程控制信号：无源触点信号(远程开阀信号，远程关阀信号，)；•ESD信号：无源触点信号；•本地允许信号:一对无源触点信号。

电液控制技术现状及发展趋势电液控制技术是指利用电力和液压技术完成机械的运动控制。

它是现代机械控制领域的重要技术之一，广泛应用于重型机械、航天航空、石油化工、冶金设备等领域。

本文将分析当前电液控制技术的现状并探讨其发展趋势。

现状分析1. 控制精度高电液系统的控制精度非常高，能够满足高速、高精度机械系统的迅速响应和准确控制需求。

这种优势使得电液控制技术在航空和航天设备以及精密机械制造业中具有广阔的应用前景。

2. 能量消耗较大与纯机械或纯电动系统相比，电液控制系统的能量消耗比较大。

因为液压系统中需要通过泵将电能转化为液压能，液压系统的效率比较低。

这意味着在追求更加环保和节能的社会背景下，电液控制技术需要不断改进使其能够更好地满足环保和节能要求。

3. 结构复杂电液控制系统的结构比较复杂，需要使用高端的液压元件、电子元件和机械元件等多种元件组成。

这导致电液控制系统成本较高，同时也给维修和保养带来了困难。

因此，探索更加简单和便捷的电液控制系统结构是发展方向之一。

4. 智能化程度提高现代机械控制系统正在向智能化方向发展，电液控制系统也不例外。

随着计算机技术和物联网技术的快速发展，电液控制系统中增加了智能控制单元和传感器监测单元，使得电液系统能够更加便捷而准确地进行数据采集、运算和状态监测。

同时，基于人工智能技术的电液控制系统正在快速崛起，这将会给机械控制系统带来更加革命性的变化。

5. 绿色环保成为趋势随着环保和节能意识的不断提高，电液控制系统的绿色环保性也成为了未来发展的趋势。

采用新的材料和工艺制造更为节能、环保的液压驱动设备，利用回收废弃油并进行加工、净化和再利用，将是电液控制技术向绿色环保方向发展的必然趋势。

发展趋势1. 大力推进智能化电液控制系统的智能化程度将会逐步提高。

未来，电液控制系统将会向着自主学习、自我优化、智能预测的方向发展。

相信不远的将来，电液控制技术将会与物联网技术、云计算等技术深度结合，形成更加强大的系统。