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-170-科学技术创新2019.07电液比例控制技术综述石金艳范芳洪(湖南铁道职业技术学院，湖南株洲412001)摘要：电液比例控制技术是伴随着工业生产的发展而诞生的节能、用于大功率控制、控制精度较高的电液控制系统，能满足工业生产的需求。
该文从电液比例技术的系统组成、系统的分类、特点、应用进行了阐述。
关键词：电液比例控制；控制技术；应用Abstract：Electro hydraulic proportional control technology is an electro hydraulic control system that meets the needs of industrial development and is energy saving,suitable for high-power control and high control accuracy.This paper describes the composition,classification,characteristics and application of electro-hydraulic proportional technology.Key words:Electro hydraulic ratio control;Control technology;Application中图分类号:TH137.52文献标识码：A文章编号:2096-4390(2019)07-0170-021概述现代微电子技术发展迅猛,计算机技术不断更新，工程运用中对液压控制系统性能要求不断提高，因此电液比例控制技术得以广泛应用。
电液比例控制技术是现代微电子技术与高功率工程控制设备联系的纽带,是现代控制工程领域的核心技术之一。
在工程系统应用中,液压及气压传动控制系统的输出量（如压力、流量、位移、转速、加速度等）随输入信号连续地实现比例控制，可称电液比例控制系统。
第6章 电液伺服系统与比例系统6 1电液伺服系统与比例系统的类型（50分钟）（第十五次课）电液伺服系统的分类方法很多。
可以从不同的角度分类。
如位置控制、速度控制、力控制等。
阀控系统、泵控系统，大功率系统、小功率系统，开环控制系统、闭环控制系统等。
根据输入信号的形式不同，又可分为模拟伺服系统和做数字伺服系统两类。
6.1.1 模拟伺服与比例系统在模拟伺服系统小，全部信号都是连续的模拟量，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，另外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。
另外模拟侗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。
6.1.2 数字伺服与比例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全数字伺服系统和数字—模拟伺服系统两种。
6.1.3 混合伺服与比例系统数字—模拟伺服系统又称混合伺服与比例系统数字检测装置有很高的分辨能力，所以数字伺服系统可以得到很高的绝对精度。
数字伺服系统的输入信号是很强的脉冲电压，受模拟量的噪声和零漂的影响很小。
所以当要求较高的绝对精度，而不是重复精度时，常采用数字伺服系统。
此外，它还能运用数字计算机对信息进行贮存、解算和控制，在大系统中实现多环路、多参量的实时控制．因此有着广阔的发展前景。
6 2电液位置伺服系统与比例位置伺服系统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，加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。
6.2.1系统的组成及其传递函数电液伺服系统的动力元件不外乎阀控式扣泵控式两种基本型式，但由于所采用的指令装置、反馈测量装置和相应的放大、校正的电子部件不同．就构成了不同的系统。
比例控制系统和伺服控制系统的优缺点比较：（1）在电液比例控制元件中采用的驱动装置是比例电磁铁，由于该驱动装置具有电阻小、电流大、感性负载大以及驱动力大的优点，但是其实际的响应速度慢。
（2）电液伺服控制元件采用的驱动装置时力矩马达或力马达（动圈式电——机械转换器），其具有的特点是输出功率较小、感抗小、驱动力小，但是响应速度快。
（3）电液伺服阀几乎没有零位死区，其通常在零位附件工作，故其只能在闭环控制系统中使用，所以伺服控制系统都是闭环控制系统。
（4）比例阀（如比例方向阀）对零位没有特殊要求，所以比例控制系统既可以是一个闭环控制系统，也可以是一个开环控制系统。
（5）比例控制系统中常用的比例换向阀阀芯加阀套的结构中，阀体充当了阀套的角色，一般是具有互换性的；而伺服控制系统中的伺服阀是采用阀芯加阀套的结构，两者共同组合成了一个组件，要求的加工精度非常高，且不具有互换性，从而使得伺服阀与比例阀的相比，其加工难度更高，技术要求更高，从而产品价格更高。
（6）比例控制系统中采用的比例阀具有多种中位机能，所以此类阀能够在多种工况下使用；而伺服阀仅仅只具有O型中位机能，其能够适应的工况单一。
（7）伺服控制系统中对伺服阀前后的压差有严格的要求，通常都是1/3的供油压差；而比例控制系统中比例阀正常工作时对阀口压差没有严格要求，只是在压差较大的工况下，其性能更佳。
（8）伺服控制系统的主要优点是其响应速度快，控制精度高，但是其缺点是系统复杂，系统中使用的元件繁多，并且其对流体介质的清洁度要求非常高，系统的制造成本和维修成本高昂，系统能耗大，大多的工业用户无法接受。
总之电液比例控制系统的主要优点是结构简单，系统中使用的元件数量较少，对油液的污染敏感性不高，系统节能效果好，但是其响应的速度和运动精度没有伺服系统高。
而伺服系统具有非常高的运动精度和非常快的响应速度，但是系统元件的制造工艺复杂，系统的成本大，能量浪费较多。
摘要本文详尽阐述了电液比例控制系统构成、分类和特点,结合对液压伺服控制系统的控制结构及其特点和基本要求的论述，分析了两种控制系统目前的发展状况。
回顾电液控制系统发展历史，展望电液控制系统的发展趋势。
关键词：比例控制伺服控制发展趋势AbstractThe paper expounded the composition, classification and the characteristics of the electro-hydraulic proportional control system。
Combined with the discussion of the control structure，basic requirements and the characteristics of hydraulic servo control system, the paper analyzed the state of the development of the two kinds of control systems。
Reviewing the development history of the electro-hydraulic control system，the paper elaborated the development trend of the electro-hydraulic control system.Keywords：proportional control , servo control，development trend目录摘要 0Abstract (1)1、引言 (2)2、电液比例控制系统组成和分类 (3)2。
1电液比例控制系统的组成 (3)2.2电液比例控制系统的分类 (3)3、电液比例控制系统特点 (4)4、电液伺服控制系统的控制结构 (6)5、电液伺服控制系统的特点及要求 (7)5。
1电液伺服系统的特点 (7)5.2对电液伺服系统的基本要求 (8)6、电液控制系统发展现状及发展趋势 (9)7、结束语 (10)参考文献： (11)1、引言现代微电子技术的发展,特别是计算机技术的普及及发展，又为实现各类工艺过程的最佳控制提供了技术基础。
因此，工程控制理论的应用已逐步从航天、航空和军事工程领域普及到民用工业部门。
［1］50年代左右，以反馈控制为主体的基于经典控制理论的电液伺服系统得到快速发展,为工程控制提供了精度高、响应快、大功率的技术手段.70年代末期，以可靠、价廉、节能、易维护并具有相当高精度和动态响应特点为标志的电液比例控制技术迅速崛起。
电液比例控制技术作为连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁,已经成为现代控制工程的基本技术构成之一,在近20年中得到了迅速发展。
它及传统的电液伺服技术相比，具有可靠、节能和廉价等明显特点，已应用于相当广泛的领域，形成了颇具特色的技术分支。
［7]2、电液比例控制系统组成和分类2。
1 电液比例控制系统的组成［2］液比例控制系统由电液比例控制单元(包括电-机械转换器在内的比例电磁铁、电液比例变量泵及变量马达）、液压执行单元(通常为液压缸或液压马达）及动力源、电子放大及校正单元、工程负载及信号检测反馈处理单元等部分组成，如图1 所示。
电子放大元件将电信号输出给电-机械转换器内的比例电磁铁，电磁铁将此电信号转换为作用于阀芯上的力,使工作阀阀芯产生位移,阀口尺寸发生改变。
当电信号发生变化时，作用在阀芯上的力随之改变,该力或位移作为输入量施加给工作阀,工作阀上产生一个及输入的电信号成比例的流量或压力。
系统中可以有各种反馈和校正装置,用来改善系统的动静态特性.2。
2电液比例控制系统的分类［6］电液比例控制系统可以从不同的角度按很多方式来进行分类.如前所述,电液伺服控制系统是一种广义上的比例控制系统，因而比例控制可以参照伺服控制系统按代表系统一定特点的分类方式来进行分类。
（1)按被控量是否被检测和反馈来分类:可分为开环比例控制系统和闭环比例控制系统。
由于比例阀是为适应较低精度的控制系统而开发的产品,目前的应用以开环控制为主.随着整体闭环比例阀的出现，其主要性能及伺服阀无异，因而采用闭环比例控制的场合也会越来越多.(2)按控制信号的形式来分类：可分为模拟控制和数字式控制。
后者又分为脉宽调制、脉码调制和脉通用的分类方式,由此电液比例控制系统可以分为：①比例流量控制系统;②比例压力控制系统；③比例流量压力控制系统；④比例速度控制系统;⑤比例位置控制系统；⑥比例力控制系统；⑦比例同步控制系统.3、电液比例控制系统特点［5]（1）可明显地简化液压系统，实现复杂程序控制，降低费用，提高了可靠性，可在电控制器中预设斜坡函数，实现精确而无冲击的加速或减速，不但改善了控制过程品质，还可缩短工作循环时间。
(2)利用电信号便于实现远距离控制或遥控.将阀布置在最合适的位置，提高主机的设计柔性.(3）利用反馈提高控制精度或实现特定的控制目标.(4）能按比例控制液流的流量、压力,从而对执行器件实现方向、速度和力的连续控制，并易实现无级调速。
电液比例控制系统，由电子放大及校正单元、电液比例控制单元（含机械转换器在内的比例阀、电液比例变量泵及变量马达）、动力执行单元及动力源、工程负载及信号检测反馈处理单元所组成。
系统可通过设置液压（压力和流量）和机械参数中间变量检测反馈闭环或动力执行单元输出参数检测反馈闭环,来改善其稳态控制精度和动态品质.信号处理单元可采用模拟电子电路、数字式微处理芯片或微机来实现。
数字式集成电路在精度、可靠性、稳定性等项均占优势,其成本也越来越低廉，故应用日益广泛。
随着电液比例技术的发展,对于常用的常规阀,一般都有相对应的比例阀。
比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种液压阀。
它可以接收电信号的指令，连续地控制液压系统的压力、流量等参数,使之及输入电信号成比例地变化。
它可以用于开环系统中实现随液压参数的遥控，也可以作为信号转换及放大元件用于闭环控制系统。
及比例阀配套供应的电控制器,要具有断电保持功能,控制信号中要迭加高频小振幅的颤振信号，以克服摩擦力,保证控制灵活，要有斜坡信号发生器,以便控制压力变化，速度或位移部件的加速度,有效防止惯性冲击；要有函数发生器,以便补偿死区特性。
进入90年代以后,国外的比例阀(电反馈)的工作频宽大多在10HZ以上。
如德国REXROTH公司生产的力士乐4WRE10型/10系列电液比例方向流量阀，对不同的电信号可输出不同的流量。
下表为其特性参数.4、电液伺服控制系统的控制结构[3]基于DSP的电液伺服控制系统主要由五个部分组成，：智能控制器、功率放大器、电液伺服阀、液压缸、传感器(反馈测量元件)，系统控制结构如图2所示。
智能控制器是由TMS320LF2407及其外围电路构成，通过从负载端采集的信号,进行A/D转换，然后经过软件控制算法实现电液伺服系统的位置控制、速度控制、力控制.功率放大器是由电子元件组成的电路板构成,起功率放大作用，用于直接驱动电液伺服阀。
伺服阀是电液伺服系统的核心元件，能够对输出的流量和压力进行连续的双向控制,具有快速的响应速度和良好的控制精度。
液压缸是液压控制系统中的执行元件，将液压能转换为机械能。
传感器主要用来检测执行机构的压力（或拉力）、位移、变形，并转换为数字量,然后作为变量输入控制器算法程序,实现多种形式的闭环控制.5、电液伺服控制系统的特点及要求［4]5。
1电液伺服系统的特点1.同是一个位置跟踪系统.输出位移自动地跟随输入位移的变化规律而变化，体现为位置跟随运动。
2。
伺服系统是一个功率放大系统。
推动滑阀阀芯所需的功率很小，而系统的输出功率却可以很大，可带动较大的负载运动。
3。
伺服系统是一个负反馈系统。
输出位移之所以能够精确地复现输入位移的变化，是因为控制滑阀的阀体和液压缸体固连在一起，构成了一个负反馈控制通路。
液压缸输出位移,通过这个反馈通路回输给滑阀阀体，并及输入位移相比较,从而逐渐减小和消除输出位移和输入位移之间的偏差,直到两者相同为止。
因此负反馈环节是液压伺服系统中必不可少的重要环节。
负反馈也是自动控制系统具有的主要特征。
液压伺服系统是一个有误差系统.液压缸位移和阀芯位移之间不存在偏差时,系统就处于静止状态。
由此可见，若使液压缸克服工作阻力并以一定的速度运动，首先必须保证滑阀有一定的阀口开度，这就是液压伺服系统工作的必要条件。
液压缸运动的结果总是力图减少这个误差，但在其工作的任何时刻也不可能完全消除这个误差。
没有误差，伺服系统就不能工作。
由此可见，液压伺服控制的基本原理是：利用反馈信号及输入信号相比较得出偏差信号，该偏差信号控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，直至偏差等于零或足够小，从而使系统的实际输出及希望值相符。
图3 液压伺服系统的一般构成5。
2对电液伺服系统的基本要求由于伺服系统是反馈控制系统,它是按照偏差原理来进行工作的，因此在实际工作中,由于负载及系统各组成部分都有一定的惯性，油液有可压缩性等原因，当输入信号发生变化时，输出量并不能立刻跟着发生相应的变化，而是需要一个过程。
在这个过程中，系统的输出量以及系统各组成部分的状态随时间的变化而变化，这就是通常所说的过度过程或动态过程。
如果系统的动态过程结束后，又达到新的平衡状态,则把这个平衡状态称为稳态或静态。
一般来说，系统在震荡过程中，由于存在能量损失，震荡将会越来越小,很快就会达到稳态。
但是，如果活塞—负载的惯性很大,油液因混入了空气而压缩较大，液压缸和导管的刚性不足，或系统的结构及其元件的参数选择不当，则震荡迟迟不得消失，甚至还会加剧，导致系统不能工作.出现这种情况时，系统被认为是不稳定的。
因此，对液压伺服系统的基本要求首先是系统的稳定性。
不稳定的系统根本无法工作。
除此以外，还要从稳、快、准三个指标来衡量系统性能的好坏：稳和快反映了系统过度过程的性能，既快又稳，由控制过程中输出量偏离希望值小，偏离的时间短,表明系统的动态精度高。
另外系统的稳态误差必须在允许范围之内，控制系统才有实用价值，也就是所谓的准。
所以说一个高质量的伺服系统在整个控制过程中应该是既稳又快又准。
6、电液控制系统发展现状及发展趋势电液比例控制系统和电液伺服控制系统基本构成可以归纳如下:系统的指令及放大单元多采用电气控制，其中，电-机械转换器有动圈式、动铁式电磁元件和伺服电动机、步进电动机等。
［8］电液比例控制系统采用电液比例压力阀或比例流量阀来替代普通液压系统中的多级调压回路或多级调速回路,这样不仅简化了系统,而且可实现复杂的程序控制及远距离信号传输，便于计算机控制。
