电液比例阀设计(DOC)

电液比例阀的设计与实验研究
一、引言
随着液压系统技术的发展，电液比例阀的应用越来越广泛，它在高精
度液压系统中起到重要的作用。

电液比例阀是一种能够实现电控制的液压阀，它在自动化操作中可以实现高精度的控制，从而提高了自动化系统的
整体性能。

本文将介绍电液比例阀的设计和实验研究，总结电液比例阀的
应用特点，以及电液比例阀的优缺点。

二、电液比例阀的设计原理
电液比例阀是一种智能控制的液压阀，它的设计基本上与其他液压阀
一样，它也分为阀内部和阀外部两大部分。

电液比例阀的阀内部包括阀体、活塞、活塞杆、活塞杆定位器和活塞密封垫等零件，这些部件组成了电液
比例阀的核心部分；阀外部则由连接管路、电控装置、指示仪表等组成。

电液比例阀的工作原理是：利用电控装置将控制信号转换为有效的液压信号，通过操作活塞控制液压介质的流量大小和方向，实现液压设备的控制
操作。

一般来说，电液比例阀的阀芯结构有金属丝活塞阀、活塞杆阀、隔膜
阀和回路阀等常见类型。

电液比例阀性能测试实验指导书实验项目1. 电液比例方向阀性能实验2. 电液比例溢流阀性能实验3. 电液比例调速阀性能实验唐山学院机电工程系实验一电液比例溢流阀性能测试一、实验液压原理图二、液压元件配置1－变量叶片泵2－先导式溢流阀3－电磁阀4－电液流量伺服阀2FRE6~20/10QM5－蓄能器6－被试阀电液比例溢流阀DBETR-10B/80M7、8－压力传感器9－加载用节流截止阀10－流量传感器11、12－截止阀13－压力表三、实验内容1、稳态压力控制特性测试测试阀控制电流与阀输出压力之间关系，画特性曲线，计算死区、滞环、非线性度。

2、稳态负载特性（压力-流量特性）测试控制输入电流、输出压力、负载干扰（流量）之间关系。

3、输入信号阶跃响应测试（选做）测试阀输出压力相对一定幅值输入电信号阶跃变化的过渡过程响应特性，画特性曲线，计算滞后时间、上升时间、过渡过程时间等。

4、频率响应特性测试测试阀对一组不同频率的等幅正弦输入信号的响应特性，画频响特性曲线（博德图），算幅频宽、相频宽。

四、实验方法●测试电回路接线操作：1）压力传感器－把P A、P B压力传感器信号线分别扦入控制面板上的模拟信号输入口1、2口。

2）电液比例溢流阀－把比例溢流阀电磁铁A线圈扦入比例溢流阀放大器电磁铁A扦座上，位移传感器信号线扦入放大器的阀蕊反馈扦座。

比例溢流阀放大器输入测试信号、输出测试信号用四蕊测试线分别扦入控制面板上的模拟信号输入口5、6口上，差动信号输入信号用二蕊测试线扦入控制面板上的模拟信号输出口1口上。

转换开关转入自动位置。

3）电液比例流量阀－把比例流量阀电磁铁A线圈扦入比例流量阀放大器电磁铁A扦座上，位移传感器信号线扦入放大器的阀蕊反馈扦座。

电液比例流量阀放大器差动输入信号号用二蕊测试线分别扦入控制面板上的模拟信号输出口2口上。

转换开关转入自动位置。

4）流量传感器－把大流量传感器、小流量传感器信号线分别扦入控制面板上的脉冲信号输入口1、2口上（模拟输入信号分别9、10通道）。

电液比例课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电液比例控制系统的基本原理，掌握其组成、功能及工作流程；2. 掌握电液比例控制系统的数学模型，能够进行简单的系统分析和设计；3. 了解电液比例控制技术在工程实际中的应用，学会运用相关理论知识解决实际问题。

技能目标：1. 能够运用所学知识，对电液比例控制系统进行模拟和实验操作；2. 掌握电液比例控制系统的调试方法，具备一定的系统故障排查和处理能力；3. 学会对电液比例控制系统进行性能评价，提出合理的优化方案。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电液比例控制技术及其在工程应用中的兴趣，提高学生的专业认同感；2. 培养学生的团队协作精神和沟通能力，使学生在学习过程中形成良好的合作氛围；3. 培养学生严谨的科学态度，树立正确的工程伦理观念。

本课程针对高年级学生，结合电液比例控制技术在实际工程中的应用，注重理论知识与实际操作相结合。

课程目标旨在帮助学生掌握电液比例控制系统的基本原理和技能，培养学生在实际工程问题中运用所学知识解决问题的能力，同时注重培养学生的情感态度价值观，使其成为具有创新精神和实践能力的工程技术人才。

二、教学内容1. 电液比例控制系统原理- 液压基础知识回顾- 电液比例控制系统的组成与工作原理- 电液比例阀的结构与性能特点2. 电液比例控制系统的数学模型- 系统建模方法- 数学模型推导与分析- 模型参数的识别与调整3. 电液比例控制系统设计- 系统设计原则与方法- 控制器的设计与参数整定- 系统仿真与优化4. 电液比例控制技术在工程中的应用- 典型应用案例分析- 控制系统调试与故障排除- 性能评价与优化措施5. 实践教学环节- 电液比例控制系统实验操作- 模拟工程实际案例，进行小组讨论与设计- 实际工程现场参观与实习教学内容依据课程目标，紧密结合教材，注重理论与实践相结合。

教学大纲明确教学内容安排和进度，确保学生能够系统掌握电液比例控制技术相关知识，培养其工程实践能力。

电液比例控制阀结构及原理电液比例控制阀（Electro-hydraulic proportional control valve）是一种通过电信号控制液压工作机构运动的装置。

它将电信号转化为液压信号，通过控制液压系统的液压阀门来调节油液的流量和压力，从而达到对液压系统运动进行精确控制的目的。

首先是电磁比例阀部分，它是通过电磁线圈的磁性效应控制液压阀门的开启和关闭。

电磁比例阀由铁芯、阀芯、阀阀座和电磁线圈等组成。

电磁线圈环绕在铁芯上，在线圈中通电产生磁场时，铁芯会被磁化，吸引阀芯与阀座之间的间隙关闭。

电磁线圈通电后，油液进入阀芯的控制腔，从而控制阀芯的位置和开口大小，进而控制液压油的流量和压力。

当电磁线圈断电时，铁芯失去磁性，阀芯与阀座之间的间隙打开，油液再次流动。

其次是液压比例执行机构部分，它是通过液压油的力学性能将电信号转化为液压信号，并通过调节活塞的位移或液压系统的压力来控制液压工作机构。

液压比例执行机构由油缸、活塞和杆等组成。

当电磁线圈通电时，液压油从阀芯的控制腔进入液压比例执行机构的缸腔，使活塞移动，从而实现对液压工作机构的控制。

当电磁线圈断电时，液压油从液压比例执行机构的缸腔排出，活塞回到初始位置。

整个电液比例控制阀工作的原理是将电信号转化成了液压信号，通过控制液压系统的流量和压力，来精确控制液压工作机构的运动。

通常情况下，电液比例控制阀通过调节电磁比例阀的阀芯位置来控制油液的流量，通过调节液压比例执行机构的液压力来控制油液的压力。

通过不同的电信号输入可以实现对液压工作机构的精确控制，达到所需的运动参数。

电液比例阀现代工业的不断发展对液压阀在自动化、精度、响应速度方面提出了愈来愈高的要求，传统的开关型或定值控制型液压阀已不能满足要求，电液伺服阀因此而发展起来，其具有控制灵活、精度高、快速性好等优点。

而电液比例阀是在电液伺服技术的基础上，对伺服阀进行简化而发展起来的。

电液比例阀与伺服阀相比虽在性能方面还有一定差距, 但其抗污染能力强，结构简单，形式多样，制造和维护成本都比伺服阀低，因此在液压设备的液压控制系统应用越来越广泛。

今天，一个国家的电液比例技术发展程度将从一个侧面反映该国的液压工业技术水平，因此各发达国家都非常重视发展电液比例技术。

我国在电液比例技术方面，目前已有几十种品种、规格的产品，年生产规模不断扩大，但总的看，我国电液比例技术与国际水平比有较大差距，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，并缺乏足够的工业性试验研究，性能水平较低，质量不稳定，可靠性较差，以及存在二次配套件的问题等，都有碍于该项技术进一步地扩大应用，急待尽快提高。

1电液比例阀概述电液比例阀是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。

阀芯位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈。

由于电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，因此应用领域日益拓宽。

近年研发生产的插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械的使用特点，具有先导控制、负载传感和压力补偿等功能。

它的出现对移动式液压机械整体技术水平的提升具有重要意义。

特别是在电控先导操作、无线遥控和有线遥控操作等方面展现了其良好的应用前景。

2电液比例阀的特点与分类比例阀把电的快速性、灵活性等优点与液压传动力量大的优点结合起来，能连续地、按比例地控制液压系统中执行元件运动的力、速度和方向，简化了系统，减少了元件的使用量，并能防止压力或速度变换时的冲击现象。

1、电液比例流量控制阀1.1 分类与应用图1.1 电液比例流量阀分类简图1.2 节流与调速qα=Δ≠常数，调节A后，q还受负载变化的影响；节流阀——pΔ=常数，调节A后，q不受负载变化的影响；调速阀——p1.3 节流阀的控制特性在比例节流阀中，阀芯位移是输入电信号的单调函数，如图1.2。

图1.2 稳态控制特性I-x所示为阀口形状为三角形、矩形及双矩形的比例节流阀，在阀口工作压差为三种不同恒定值时，其输出流量与输入电信号的关系曲线簇。

图1.3 流量稳态控制特性1.4 节流阀的功率域所示为比例节流阀的功率域示意图。

在使用比例节流阀时，要尽量避免超越阀的功率域。

否则，比例节流闽的阀芯位移将会出现如图所示的饱和现象，从而使阀丧失比例控制特性。

特别是不带位移传感器的单级比例节流闽，在较大压差作用下，这种直控阀的流量大到功率界限时，稳态液动力会自动将阀口关小，通过阀口的流量不会随着压差的增加而增加，存在着一种“自然”的功率域现象。

图1.4 比例节流阀的功率域示意图图1.5 超过功率域工况的稳态控制特性曲线1.5直动式比流节流阀参见BOSCH教程P24-25用比例电磁铁直接驱动阀芯，与弹簧力平衡定位，特点：1、简单，工作可靠，可附加手动，一般能做到NG6，NG10；2、阀口开度受液动力、摩擦力影响，精度不高；3、最大流量NG6（35l/min），NG10（80l/min）；4、由于比例电磁铁输出力有限，存在着功率域；5、注意P24倍流量工况，此时更要注意功率域限制1.5先导式比流节流阀参见力士乐插装式比例节流阀样本1、原理特点：大流量电液比例阀以比例阀或伺服阀作为先导级，以插装阀作为主级，具有流量大、响应快、耐高压和使用寿命长等优点。

它能连续、成比例地调节受控腔的压力或流量等，主要应用在铸造机械、压铸机、注塑机、吹塑机、陶瓷机械、高速冲床、钢厂等。

2、应用要求，不同的应用场合对阀的性能要求也有所侧重，如：快锻压机上使用的大流量电液比例阀不仅响应速度快，而且具有控制精度和重复精度高的特点；模锻压机上用于控制主缸速度、快慢速切换的大流量比例阀，则对响应速度和控制精度要求不太高，只需成比例可连续调节即可，但要求价格低廉；压铸机上所使用的大流量比例阀对精度要求不高，但要求阀具有极快的响应速度和低廉的价格。

基于PWM控制的电液比例阀控制系统的设计电液比例阀是一种重要的液压元件，被广泛应用于液压系统中。

基于PWM（脉宽调制）控制的电液比例阀控制系统是一种高精度、高可靠性的控制系统，具有很好的控制性能和响应速度。

本文将从系统设计原理、硬件设计和软件设计等方面对基于PWM控制的电液比例阀控制系统进行详细介绍。

1.系统设计原理基于PWM控制的电液比例阀控制系统，主要由信号发生器、PWM控制电路、比例阀、油路系统和反馈系统等组成。

其中，信号发生器产生PWM信号，PWM控制电路对PWM信号进行处理生成控制信号，控制比例阀的开度，从而控制液压系统的输出。

2.硬件设计硬件设计包括信号发生器的设计、PWM控制电路的设计、比例阀的选型和油路系统的设计等。

信号发生器一般采用微控制器或FPGA实现，可以根据需要生成不同占空比的PWM信号。

PWM控制电路一般包括比较器、计数器和控制电路等，用于对PWM信号进行处理和控制。

比例阀的选型要考虑流量和压力等参数，并根据实际需求选择合适的比例阀。

油路系统包括液压泵、液压缸、液压管路等，需要根据具体应用场景进行设计。

3.软件设计软件设计主要包括信号发生器的编程和PWM控制电路的控制程序编写。

信号发生器的编程需要实现PWM信号的产生和占空比的调节功能，可以根据需求采用C语言或者汇编语言进行编写。

PWM控制电路的控制程序主要包括对PWM信号的接收和处理，以及对比例阀和油路系统的控制。

可以采用PID控制算法或者其他控制算法进行控制，实现对液压系统的闭环控制。

4.系统优化基于PWM控制的电液比例阀控制系统还可以进行一些优化工作。

例如，可以通过对PWM信号的调节和比例阀的响应特性进行实验，通过调整参数来优化系统的控制性能和响应速度。

另外，还可以采用反馈控制的方法对系统进行自适应调节，提高系统的稳定性和鲁棒性。

综上所述，基于PWM控制的电液比例阀控制系统是一种高精度、高可靠性的控制系统，通常应用于液压系统中。

_工业控制网络课程设计（论文）题目：基于CAN总线的电液比例阀控制器的设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要当今，随着自动化技术的不断发展，液力传动控制在工业领域中得到了广泛的应用和发展。

而电液比例控制作为一种新的液压传动控制技术，具有更加稳定和精确的控制性能。

通过采用此项技术，可将液压系统的某些控制功能集成到电液比例控制器内，简化液压系统的构成，提高液压系统动作的稳定性和可靠性。

本设计主要运用STC89C52单片机为核心控制器，对电液比例阀进行控制。

并辅以硬件部分的电源模块、CAN总线模块、A/D转换模块和驱动模块。

软件部分通过STC89C52进行编程，通过PWM脉宽调制技术和驱动电路实现对电液比例阀进行控制。

其中通过CAN总线模块实现了信号的读取和传送，这比传统的I/O信号读取和传送可靠性和精确性更强，稳定性更高。

通过PWM脉宽调制技术控制电液比例阀。

CAN总线作为一种工业网络通讯技术，以其独特的设计思想、优良的实时传输性能和极高的可靠性，越来越受到人们的重视。

通过CAN总线实现电液比例控制系统与工业数字化信息平台的信息共享，具有良好的发展前景。

为此，研究并制造高性能、高可靠性的电液比例阀控制器有着十分重要的意义。

关键词：STC89C52； CAN；PWM；电液比例阀目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1概述 (2)2.2系统组成总体结构 (2)第3章硬件设计 (4)3.1单片机最小系统设计 (4)3.2电源电路设计 (5)3.3驱动电路的设计 (6)3.4A/D转换电路的设计 (7)3.5CAN总线模块的设计 (8)3.6总体电路图 (11)第4章软件设计 (12)4.1总体方案 (12)4.2PWM控制实现 (13)4.3CAN总线通讯的实现 (14)4.4PID算法实现 (15)第5章课程设计总结 (18)参考文献 (19)附录I (20)附录II (21)第1章绪论近年来，随着技术的发展和进步，液位传动技术应用更加广泛，尤其是在工业过程控制中的应用。

3.2.1直动式比例溢流阀直动式比例溢流阀的工作原理及结构见图3-2,。

这是一种带位置电反馈的双弹簧结构的直动式溢流阀。

它于手调式直动溢流阀的功能完全一样。

其主要区别是用比例电磁铁取代了手动弹簧力调节组件。

如图3-2a所示，它主要包括阀体6，带位置传感器1、比例电磁铁2、阀座7、阀芯5及调压弹簧4等主要零件。

当电信号输入时，电磁铁产生相应的电磁力，通过弹簧座3加在调压弹簧4和阀芯上，并对弹簧预压缩。

此预压缩量决定了溢流压力。

而压缩量正比输入电信号，所以溢流压力也正比于输入电信号，实现对压力的比例控制。

弹簧座德实际位置由差动变压器式位移传感器1检测，实际值被反馈到输入端与输入值进行比较，当出现误差就由电控制器产生信号加以纠正。

由图3-2b所示的结构框图可见，利用这种原理，可排除电磁铁摩擦的影响，从而较少迟滞和提高重复精度等因素会影响调压精度。

显然这是一种属于间接检测的反馈方式。

ab图3-2 带位置电反馈的直动式溢流阀a)工作原理及结构b）结构框图1—位移传感器2—比例电磁铁3—弹簧座4—调压弹簧5—阀芯6—阀体7—阀座8—调零螺钉普通溢流阀可以靠不同刚度的调压弹簧来改变压力等级，而比例溢流阀却不能。

由于比例电磁铁的推力是一定的，所以不同的等级要靠改变阀座的孔径来获得。

这就使得不同压力等级时，其允许的最大溢流量也不相同。

根据压力等级不同，最大过流量为2～10L/min。

阀的最大设定压力就是阀的额定工作压力，而设定最低压力与溢流量有关。

这种直动式的溢流阀除在小流量场合下单独作用，作为调节元件外，更多的是作为先导式溢流阀或减压阀的先导阀用。

另外，位于阀底部德调节螺钉8，可在一定范围内，调节溢流阀的工作零位。

3.2.2先导式比例溢流阀1.结构及工作原理图3-3所示为一种先导式比例溢流阀的结构图。

它的上部位先导级6，是一个直动式比例溢流阀。

下部为主阀级11，中部带有一个手调限压阀10，用于防止系统过载。

当比例电磁铁9通有输入信号电流时，它施加一个直接作用在先导阀芯8上。

第三章电液比例控制阀3.1 概述电液比例控制阀由于能与电子控制装置组合在一起，可以十分方便的对各种输入、输出信号进行运算和处理，实现复杂的控制功能。

同时它又具有抗污染、低成本以及响应较快的优点，在液压控制工程中获得越来越广泛的应用。

比例控制元件的种类繁多，性能各异，有多种不同的分类方法。

最常见的分类方法是按其控制功能来分类，可以分为比例压力控制阀、比例流量控制阀、比例方向阀和比例复合阀。

前两者为单参数控制阀，后两者为多参数控制阀。

按压力放大级的级数来分，又可以分为直动式和先导式。

直动式是由电—机械转换元件直接推动液压功率级，由于转换元件的限制，它的控制流量都在15L/min以下。

先导控制式比例阀由一直动式比例阀与能输出较大功率的主阀级构成，流量可达到500L/min，插装式更可以达到1600L/min。

按比例控制阀的内含的级间反馈参数或反馈物理量的形式可以分为带反馈或不带反馈型。

反馈型又可以分为流量反馈、位移反馈和力反馈。

比例阀按其主阀芯的型式来分，又可以分为滑阀式和插装式。

图3-1 闭环的电液比例控制系统及比例阀框图上图所示框图为一个闭环比例系统框图，红色方框内为电液比例阀的组成部分。

从图中可以看出比例阀在系统中所处的地位以及与电控器、液压执行其之间的关系。

从电液比例阀的原理框图中可以看出，它主要有以下几部分组成：1）电—机械转换元件；2）液压先导级；3）液压功率放大级；4）检测反馈元件。

3.2比例压力控制阀比例压力控制阀应用最多的有比例溢流阀和比例减压阀，有直动型和先导两种。

3.2.1 直动型比例溢流阀直动型比例溢流阀结构及工作原理如图3-2所示。

它是双弹簧结构的直动型溢流阀，与手调式直动型溢流阀功能完全相同。

其主要区别是用比例电磁铁取代了手动的弹簧力调节组件。

图3-2 直动式比例溢流阀1.比例电磁铁；2.弹簧；3.阀芯；4.阀座；5.调零螺塞；6.阀体图3-3 带位置反馈的直动溢流阀1. 位移传感器；2. 传感器插头；3.放气螺钉；4.比例电磁铁；5.线圈插头；6. 弹簧座；7.调压弹簧；8.防振弹簧；9.锥阀芯；10.阀体；11.阀座；12.调节螺塞它包括力控制型比例电磁铁4以及由阀体10、阀座11、锥阀芯9、弹簧7等组成的液压阀本体。

电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统设计姓名：王春雷学号：101201220班级：机械1002班专业：机械设计与制造及其自动化学院：机械工程学院目录第一章:设计任务和要求 (3)1.活塞式液压摆动马达的组成及工作原理 (3)2.设计并仿真分析电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统 (3)第二章:元器件选用 (4)1.液压油源 (4)2.电液比例方向阀 (4)3.比例放大器 (5)第三章:电液比例阀控活塞式液压摆动马达位置控制系统数学模型 (6)1系统数学模型的建立 (6)1.比例放大器传递函数 (6)2.高性能电液比例方向阀传递函数 (6)3.阀控活塞式液压摆动马达动力传递函数 (7)1.电液比例阀的线性化流量方程 (7)2.活塞式液压摆动马达的流量连续性方程 (7)3.活塞式液压摆动马达轴上的力矩平衡方程 (8)4.阀控活塞式液压摆动马达动力机构传递函数 (8)4.位移传感器传递函数 (10)5.阀控马达系统传递函数 (10)1.惯性负载 (10)2.外负载力矩 (11)3.系统传递函数参数确定 (11)1.比例放大器增益Ka (11)2.电液比例阀稳态工作点流量增益Kq (11)3.电液比例阀压力-流量系数Kc (12)4.活塞式液压摆动马达参数 (13)5.其它参数 (13)3.4系统特性分析 (15)1.开环传递函数 (15)2.系统特性 (16)第四章:电液比例阀控马达速度控制系统PID控制 (18)1.PID控制器基本原理 (18)2.液压系统PID校正步骤 (20)1.传递函数转换 (20)2.计算滞后转折频率 (20)3.计算超前转折频率 (20)4.计算校正装置增益 (21)5.确定校正装置的传递函数 (21)6.确定校正后系统的传递函数 (21)4.2校正后的系统仿真 (21)第五章:调整后系统的稳态误差分析 (22)1.指令输入引起的稳态误差 (22)2.负载干扰力矩引起的稳态误差 (24)3.零漂和死区等引起的静态误差 (24)第六章:结论 (25)参考文献 (26)第一章:设计任务和要求1.活塞式液压摆动马达的组成及工作原理活塞式液压摆动马达是将直线运动转换为旋转摆动的液压—机械复合传动机构，其结构原理如图所示。