电液控制技术概述及应用

电液控制技术概述及应用

机自11级4班（机电112）XX

摘要：电液控制系统是以电液伺服阀、电液比例阀或数字控制阀为电液控制元件的阀控液压系统，和以电液伺服或比例变量泵为动力元件的泵控液压系统。本文主要以电液控制元件对电液技术发展和应用作探讨。

关键词：电液控制技术，电液比例控制技术，电液伺服技术，电液控制元件

前言：电液控制技术是高新科技不可或缺的组成部分,电液控制技术广泛运用于军事与工业领域，工业是国民经济的重要支柱，电液控制技术的发展必将助推国民经济的稳固发展。

1电液控制技术概述

电液控制技术是液压技术的一个重要分支，主要表现为电液伺服控制技术和电液比例控制技术。液压控制技术的快速发展始于18世纪欧洲工业革命时期，在此期间，包括液压阀在内的多种液压机械装置得到很好的开发和利用。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，主要是为了满足军事装备的需求。到了20世纪50～60 年代，电液元件和技术达到了发展的高峰期，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。50至60年代早期，电液控制技术在非军事工业中得到了越来越多的应用，最主要的是机床工业，其次是工程机械。在以后几十年中，电液控制技术的工业应用又进一步扩展到工业机器人控制、塑料加工、地质和矿藏探测、燃气或蒸汽涡轮控制及可移动设备的自动化等领域。70年代，随着集成电路的问世及其后微处理器的诞生，基于集成电路的控制电子器件和装置广泛应用于电液控制技术领域。

1.1电液伺服技术

电液伺服系统是电液控制技术最早出现的一种应用形式，从其机构上来说，就是指以电液伺服阀（或伺服变量泵）作为电液转换和放大元件实现某种控制规律的系统。20世纪初控制理论及其应用的飞速发展，使古典控制理论走向成熟，为电液伺服控制技术的出现与发展提供了理论基础与技术支持。在50 年代，永磁力矩马达和以喷嘴挡板阀作为第一级电液伺服阀的出现，形成了当时响应速度更快、控制精度更高的电液伺服系统。到了60 年代，各种结构的伺服阀的研制与使用，使电液伺服技术日趋成熟，促进了电液伺服系统的发展和[5][4][3][2][1]

完善。70 年代，各种内反馈原理元件的大量问世，使得闭环控制成为可能。进入21世纪，电液伺服技术在基础原件和电液伺服控制方法与应用方面取得了突出的研究成果。

电液伺服系统均为闭环系统，输出为位置、速度、力等各种物理量，控制元件为伺服阀，控制精度高，响应速度快，用于高性能场合。

其控制元件伺服阀具有零遮盖、死区极小或无死区、滞环小、动态响应高等优点，但对油液清洁度要求高。 液压源被控制对象

ug

ufueI放大器伺服阀Q行元件对象被控制量

馈元件

图1电液伺服控制系统的一般够成

由电液伺服控制系统的一般构成（图1）知，控制放大器、电校控制阀、液压缸及负载、检测元件开组成。控制输入电压ug与反馈电压uf经比较器后得到比较电压ue，ue经伺服放大器得到控制电流I，对伺服阀的动作位移进行控制，伺服阀通过通流口开度对液压能形成控制，从而实现了电液转换，液压能经液压执行元件实现对负载的工作。

1.2电液比例控制技术

电液比例控制技术是针对伺服控制在一般工业应用中的不足发展起来的，电液比例控制系统和电液伺服系统的工作原理、组成环节和分类基本相同。 [6]

图2电液比例控制的一般构成

电液比例控制技术是适应开发一种可靠、价廉、控制精度和响应特性均能满足工程技术实际需要的电液控制技术的要求，从60 年代末迅速发展起来的。1975 ～ 1980 年, 采用各种内反馈原理的比例元件大量问世, 耐高压比例电磁铁和比例放大器技术上也日趋成熟, 工作频宽5 ～ 15Hz , 稳态滞环减小到3 %,可用于开环、闭环控制。

电液比例控制技术可明显简化液压系统构成，增加系统功能、改善性能和实现复杂的控制规律；可利用电信号便于远距离控制及实现计算机或总线检测与控制；可利用反馈控制提高控制精度或实现特定的控制目标；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。

控制元件有电液比例阀和电液伺服比例阀两类。比例阀，产生于20世纪60年代后期，将比例电磁铁用于控制阀，性能较差，频响为1～5Hz，滞环为4% ～7% ，常用于开环控制； 20世纪80年代初期,完善了控制阀设计原理，采用各种内外反馈、电校正，耐高压比例电磁铁、电控器件特性大为提高，稳态特性接近伺服阀，频响为5～30Hz，但有零位死区，既可用于开环，也用于闭环控制。伺服比例阀，产生于20世纪90年代中期，制造精度、过滤精度矛盾淡化, 首级阀口零遮盖，无零位死区，用比例电磁铁作电- 机械转换器，二级阀主级阀口小压差，频响30～100Hz，用于闭环控制。

2摆丝机液压控制系统的改进

2.1摆丝机的构成及工作方式

摆丝机是化纤生产行业中一种重要的设备，它主要用于将长丝束均匀摆入盛丝箱, 以达到中间贮存的目的。摆丝机的基本动作是往复摆动和水平面内进给运动的结合, 通常对丝束的摆放均匀性没有特殊的要求,只要能够实现丝束的有序堆放即可。摆丝机的主要部分是摆丝头部，其机构简图如图3。其工作方式为：丝束由导丝轮1导入, 进入两牵伸辊2中间, 由两牵伸辊夹持并牵引进入盛丝箱4。导丝架3与摆丝架5的运动方向相互垂直, 分别由滚珠丝杠传动, 滚珠丝杠分别由各自的液压马达驱动, 导向部分采用滚动直线运动轴承, 速度由液压系统中的调速阀控制。牵伸辊有两个, 其一由液压马达驱动, 并通过齿形同步带和齿轮箱驱动另一牵伸辊, 两牵伸辊速度一致, 转向相反。传统的摆丝机液压控制系统具有以下三方面的缺陷：一是调试和维护困难；其次是频繁换向，冲击很大, 影响设备和系统元件寿命；三是系统的速度慢, 生产效率低，且存在安全隐患[10][9][8][7]。

图3摆丝头部件结构示意图

2.2摆丝机电液比例控制系统

2.2.1电液比例控制系统构成及工作原理

摆丝机电液比例控制系统过程如图4所示。电液比例调速阀10实现了摆丝机设计要求，满足调速范围0. 6- 1. 9 m /m in[11], 并能实现换向减速功能。

图4摆丝机电液比例控制原理图

电液比例控制阀能连续地、按比例地控制液压系统的压力、流量和方向, 从而实现对执行部件的位置、速度和流量等参数的连续控制, 并可防止或减少压力、速度变换时的冲击。电液比例控制阀的引入实现流量的控制可以用电气信号来调整,用电气控制实现执行器的速度由一种工作状态均匀地过渡到另一种工作状态。电液比例调速阀中的比例电磁铁, 它的力在整个工作行程内基本上保持恒定, 电磁铁的吸合力与线圈电流之间是线性关系, 这保证在其工作行程内衔铁的任何位置上, 电磁铁的吸合力只取决于线圈的电流。所以通过改变电流, 阀芯可以沿其行程定位于任何位置, 也就是说, 阀芯的开度可以用电流控制。比例阀死区的存在可减小零位阀芯泄漏并在电源失效或急停工况下提供更大的安全性, 然而死区的存在也意味着必须向阀的电磁铁线圈提供一定的最小信号值,然后系统中才能出现可觉察到的作用, 所以在选择比例阀的工作流量范围时要考虑死区的影响。

2.2.2电液比例控制系统的工作过程

当换向阀8工作在右位，进油回路为液压泵-比例调速阀-电磁换向阀-摆丝架驱动马达-牵伸辊驱动马达-调速阀-电磁换向阀-导丝架驱动-电磁换向阀-油箱，实现对三个液压马达同时调速，牵伸辊驱动马达无需换向调速，电磁换向阀与比例调速阀保证了导丝架和摆丝架的无冲击的平稳换向。导丝架3与摆丝架5运动方向相互垂直，形成复合运动，牵伸辊在液压马达的作用下，跟随复合运动的快慢调整到相应的转速，有序地将丝束盛入盛丝箱4中。

2.2.3电液比例控制系统的性能特点

在改装电液比例控制阀的液压控制系统中，可以时时自动调整执行件的速度及位置，以满足不同工况下的速度位置需求。摆丝机电液比例控制系统具有如下特点：

（1） 能够实现摆丝架的频繁而无冲击的平稳换向，提高了系统安全性，延长了设备使用寿命。

（2） 系统采用自动调试功能，与维护方便。

（3） 系统响应迅速，换向时间呈几倍到几十倍缩减，明显提高了生成效率。

3电液控制技术与机电一体化技术的关系

在我根据对课本的学习和相关知识的了解，机电一体化技术是整机技术，包含机械执行部分、电气和液压控制部分，也就是说，电液控制技术是机电一体化技术的一部分，电液控制系统在机电一体化技术中实现电液信号转换和电液能量转换，是实现机电一体化最关键的

环节。

4 课程学习的感想和体会

由于本门课程学时少，除了课堂上的少量学习外，我通过在课余学习以及相关课程和期刊的阅读对电液控制技术课程有了一定的了解和认识。现今的工程上，电机功率的局限性使得液压装置不可被取代，电液控制技术作为机电一体化技术的关键环节，势必是当今机械控制的必然发展趋势。通过本课程和对相关期刊的学习，我认识到，电液控制是集液压技术、微电子技术、传感检测技术、计算机控制及现代控制理论等众多学科于一体的高交叉性、高综合性的技术学科，正向着集成化、智能化方向发展。集成化往往是在单元结构上将集传感器、控制放大器、执行器于一身，采用集成单元来实现复合功能。智能化发展包括模糊理论、人工神经网络在内的新的智能化控制策略与手段。如吸取自适应控制和智能控制的基本思想并利用计算机的优势, 对传统的PID控制进行改造后, 形成了自适应PID、模糊PID、智能积分PID 和非线性PID等新的控制方式；神经网络控制(NNC)近年在控制领域受到了广泛关注并得到了迅速发展。工业是国民经济的支柱，电液控制技术的发展必将大力助推国家工业的发展。

参考文献：

[1]、吴根茂.电液控制技术简述[J].2007年第6期51

[2]、[3]陈刚.电液控制技术的发展与应用[J].《机床与液压》,2006.1,14

[4]、[6]易孟林，曹树平等.电液控制技术[M].华中科技出版社, 2010.9

[5]韩俊伟.电液伺服系统的发展与应用[J] .专题报告, 2012.1 第四十卷 第二期

[7]、[8] 黄卉.程顺 电液比例技术发展趋势微探[J].《机床与液压》,2002,1

[9]朱龙彪等. 高性能摆丝机械的改造设计[ J].纺织学报, 2004, 25( 4): 87- 89.

[10]、[11]李云, 付胜.电液比例控制系统在摆丝机上的应用[J].液压与气动,2010,11