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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 。
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：李保琳学号：101201210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 (2)1.1活塞式液压摆动马达的组成及工作原理 (2)1.2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 (3)2.1液压油源 (3)2.2电液比例方向阀 (3)2.3比例放大器 (4)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 (5)3.1系统数学模型的建立 (5)3.2负载的等效处理 (9)3.3系统传递函数参数确定 (10)3.4系统特性分析 (14)3.5系统响应模拟仿真 (17)第四章、电液比例阀控马达速度控制系统PID控制 (19)4.1PID控制器基本原理 (19)4.2液压系统PID校正步骤 (21)4.2校正后系统特性分析 (24)4.3系统响应模拟仿真 (25)第五章、调整后系统的稳态误差分析 (27)5.1指令输入引起的稳态误差 (27)5.2负载干扰力矩引起的稳态误差 (28)第六章、结论与展望 (29)6.1结论 (29)6.2问题与展望 (29)参考文献 (30)第一章、设计任务和要求1.1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。
它由滚珠螺旋副、滚珠花键副、滚珠卸荷副、螺旋旋转输出套、导向套、传动轴、以及液压油缸组件等组成。
摆动马达的工作原理为：液压油进入油缸驱动滚珠螺旋丝杆轴往复直线运动，滚珠螺旋丝杆轴驱动螺旋旋转输出套做往复摆动运动，滚珠花键导轨副防止螺旋丝杆轴转动。
液压摆动马达有以下结构特点：1）采用滚珠螺旋副将活塞及传动轴的直线运动转换为螺旋套的旋转摆动；2）采用滚珠花键副为传动轴导向，平衡负载力矩，以防传动轴转动；3）采用滚珠卸荷副使直旋驱动关节轴向力封闭卸荷，保证滚珠旋摆新型液压摆动马达有良好的受力特性；4）采用多头滚道、大螺旋升角的螺旋机构，增大新型液压摆动马达的承载能力；5）回珠方式采用同圆柱面回珠结构，减小新型液压摆动马达的径向尺寸，以适应飞机的机翼内特殊空间要求。
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。
BD-2000K-50型电液比例阀控制器(单比例)一、概述BD2000K-50型电液比例阀控制器是一种比例功率放大器，可分别对力士乐、威克斯、油研、台湾东锋和机立等厂家的各类电液比例阀进行压力或流量的控制。
其性能稳定、可靠性高，组成主要包括：稳压器斜坡发生器输入值预调电位器500HZ正弦振荡器可控恒流发生器两位BCD拨码开关输入二、技术数据电源电压（V）：DC/AC24∽50V功耗（P）：50VA控制电压（U）：±9V控制电压最小负载电阻（R）：500Ω最大输出电流（Imax）：800mA最大负载电阻（R）：45Ω先导电流（I D）：0∽200mA颤振频率（F）：500Hz环境温度（T）：0∽45℃温度漂移 :1‰(OF Imax)/ ℃外型尺寸 :160×100×50(mm)三、主要功能：通过外部电位器遥控调节通过电脑（PLC）DA模块输出控制（0-10V/0-5V）通过差模输入遥控调节通过拨码开关数码控制斜坡上升、下降时间0.1∽5秒可调并可切除四、控制示例1. 接线（参照接线图）①KL24和KL18接AC24V电源。
②KL20和KL22接比例电磁铁两端。
③若采用电位器输入方式（0∽9V），则KL12接外部电位器输入端，9V电源从KL10和KL14引出，KL10为+9V，KL14为0V。
④若采用差模输入方式（0∽10V），则KL32和KL28接差模输入，KL28接正端，KL32接负端。
⑤电脑（PLC）DA模块输出控制方式有两种接线方式。
方式一：采用电位器（电平）输入接口方式二：采用差模输入接口⑥若采用BCD码拨码开关输入则H1为BCD码输入插座，其各脚定义如下：序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10功能+9V 1 2 4 8 1 2 4 8 输入电源十位个位拨码开关的公共端（COM）接+9V（1、2脚），十位接3--6脚，个位接7--10脚。
⑦KL4和KL2接斜坡切除继电器，将KL2和KL4接通，斜坡时间为：0.1秒2.调试①．将各输入端接MO（0V、KL14）或断开，调节R1得到初始电流（Imin），顺时针方向旋转初始电流（Imin）增加。
电液比例阀控制系统的研究设计陈斌;杨安平【摘要】This paper studies the PID algorithm based on electro-hydraulic proportional valve control system, it is a kind of software instead of part of the complex hardware control system, this system can effectively solve the traditional proportional valve technical problems, and its strong control function, low maintenance cost, the control system has high control precision and system structure is relatively simple. In the circuit design of the system, the single chip microcomputer control system, the digital PID algorithm and PWM （pulse width modulation） technology as the research object, designs the system circuit and the power amplification circuit, and writes the system control program.%实现了基于PID算法的电液比例阀控制系统，系统可以有效解决传统比例阀技术的问题．其控制功能强大、维护成本低、系统控制精度高且结构相对比较简单。
在系统电路设计中，以单片机控制系统、数字PID算法和PWM技术为研究对象，设计了系统电路和功率放大电路，并编写了系统控制程序。
BD2000K-50型电液比例阀控制器(单比例)一、概述BD2000K-50型电液比例阀控制器是一种比例功率放大器，可分别对力士乐、威克斯、油研、台湾东锋和机立等厂家的各类电液比例阀进行压力或流量的控制。
其性能稳定、可靠性高，组成主要包括：稳压器斜坡发生器输入值预调电位器500HZ正弦振荡器可控恒流发生器两位BCD拨码开关输入二、技术数据电源电压（V）：AC24∽50V功耗（P）：50VA控制电压（U）：±9V控制电压最小负载电阻（R）：500Ω最大输出电流（Imax）：800mA最大负载电阻（R）：45Ω先导电流（I D）：0∽200mA颤振频率（F）：500Hz环境温度（T）：0∽45℃温度漂移 :1‰(OF Imax)/ ℃外型尺寸 :160×100×50(mm)三、主要功能：通过外部电位器遥控调节通过差模输入遥控调节通过拨码开关数码控制斜坡上升、下降时间0.1∽5秒可调并可切除四、控制示例1. 接线（参照接线图）①KL24和KL18接AC24V电源。
②KL20和KL22接比例电磁铁两端。
③若采用电位器输入方式（0∽9V），则KL12接外部电位器输入端，9V电源从KL10和KL14引出，KL10为+9V，KL14为0V。
④若采用差模输入方式（0∽10V），则KL30和KL28接差模输入，KL28接正端，KL30接负端。
脚。
⑥KL4和KL2接斜坡切除继电器，将KL2和KL4接通，斜坡时间为：0.1秒2.调试①．将各输入端接MO（0V、KL14）或断开，调节R1得到初始电流（Imin），顺时针方向旋转初始电流（Imin）增加。
②．输入端KL12接+9V（KL10），调节R2得到最大输出电流（Imax），反时针方向旋转最大输出电流（Imax）增加。
③．调节R3可改变斜坡上升时间（T↑），最大时间5秒（对应最大输出电流Imax），顺时针方向旋转斜坡上升时间（T↑）增加。
变周期PWM电液比例阀控制电路的设计与实现摘要：分析了脉冲宽度调制(PWM)控制电液比例阀的基本原理，采用C8051F340单片机设计控制电路，通过可编程计数器阵列(PCA)模块编程实现了变周期PWM信号的产生，通过达林顿晶体管阵列芯片实现功率放大。
实验表明，该电路具有配置灵活、响应快、精度高等优点，满足电液比例阀控制要求。
关键词：电液比例阀；单片机；变周期；脉冲宽度调制；功率放大电液比例阀具有可靠、节能、廉价、抗污染能力强等优点，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。
模拟式控制方法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;同时,由于液压系统受温度、负载等参数变化的影响较大，在对控制性能要求较高的场合往往不能满足要求。
脉冲宽度调制(PWM)控制功率输出极为开关型结构,功耗小;且PWM信号包含同频率的脉动量，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，与计算机或微处理器连接方便，因此，可实现程序控制[1]。
1 电液比例阀PWM控制原理电液比例阀PWM控制中，PWM信号加到比例阀线圈上时，由于脉冲频率远大于阀芯的响应频率，所以阀芯的运动只响应PWM信号的电流平均值。
PWM原理电路，PWM信号控制开关管的导通与截止。
占空比定义为：D=TH+TL (1)式中：T=TH+TL，为PWM的周期；TH为PWM信号高电平时间；TL为PWM信号低电平时间[2]。
2.1 PWM波发生电路本电路MCU采用C8051F340单片机，片内可编程计数器/定时器阵列(PCA)包含1个专用16 bit计数器/定时器时间基准和5个捕捉/比较模块，具有8 bit和16 bit两种PWM输出模式,可以利用编程实现PWM信号输出。
2.2 光电隔离 PWM信号经单片机I/O口输出。
为提高系统抗干扰能力，应在功率放大前对信号进行隔离。
这里采用6N137高速光耦芯片，其延迟时间最大仅为75 ns[4]。
