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电液伺服系统的原理及应用

2018年11月15日 16:30:24 中国传动网

一.电液伺服系统概述

电液伺服系统在自动化领域是一类重要的控制设备,被广泛应用于控制精度高、输出功率大的工业控制领域.液体作为动力传输和控制的介质,跟电力相比虽有许多不甚便利之处且价格较贵,但其具有响应速度快、功率质量比值大及抗负载刚度大等特点,因此电液伺服系统在要求控制精度高、输出功率大的控制领域占有独特的优势。电液伺服控制系统是以液压为动力,采用电气方式实现信号传输和控制的机械量自动控制系统。按系统被控机械量的不同,它又可以分为电液位置伺服系统、电液速度伺服控制系统和电液力控制系统三种。

我国的电液伺服发展水平目前还处在一个发展阶段,虽然在常规电液伺服控制技术方面,我们有了一定的发展。但在电液伺服高端产品及应用技术方面,我们距离国外发达国家的技术水平还有着很大差距。电液伺服技术是集机械、液压和自动控制于一体的综合性技术,要发展国内的电液伺服技术必须要从机械、液压、自动控制和计算机等各技术领域同步推进。

二.电液伺服的组成

电液控制系统是电气液压控制系统简称,它由电气控制及液压两部分组成。在电子-液压混合驱动技术里,能量流是由电子控制,由液压回路传递,充分结合了电子控制和液压传动两者混合驱动技术的优点避免了它们各自的缺陷。

⑴电子驱动技术的特点

①高精度、高效率,低能耗、低噪音

②高性能动态能量控制

③稳定的温度性能

④能量再生及反馈电网

⑤在循环空闲的时间没有能量损失

⑵液压驱动技术的特点

①高(力/功)密度

②结构紧凑

③液压马达(油缸)是大功率且经济的执行元件

④在液压系统做压力控制的时候有明显的能量流失

液压部分:以液体为传动介质,靠受压液体的压力能来实现运动和能量传递。基于液压传动原理,系统能够根据机械装备的要求,对位置、速度、加速度、力等被控量按一定的精度进行控制,并且能在有外部干扰的情况下,稳定、准确的工作,实现既定的工艺目的。(工控网)

液压伺服阀是输出量与输入量成一定函数关系,并能快速响应的液压控制阀,是液压伺服系统的重要元件。液压伺服阀通常由电一机械转换器(力矩马达

或力马达)、液压放大器和反馈或平衡机构等三部分组成。目前液压伺服阀主要是指电液伺服阀,它在接受电气模拟信号后,相应输出经过调制的流量和压力,它既是电液转换元件,也是功率放大元件,它能将小功率的微弱电气输入信号转换为大功率的液压能(流量和压力)输出,实现电液信号的转换与液压放大。

系统的核心:电液伺服阀,电液伺服阀是电液伺服控制系统的关键部件,它既是电液伺服系统中电气控制部分和液压执行部分的接口,又是实现用小信号控制大功率的放大元件。在多种类型电液伺服阀中,以双喷嘴挡板二级电液伺服阀应用最为广泛,其流量范围从零点几升每分钟到数百升每分钟不等。电液伺服系统还具有典型的伺服系统(又称随动系统)的特点,即是具有功率放大作用的一种自动控制系统,在给定值不确定度很高的情况下,系统的输出量总是能精确的跟踪输入量的变化。另外,随动系统的基本职能是对信号进行放大,可保证足够能量推动负载(被控对象)按照输入信号的规律运动,并使输入与输出之间的偏差在允许的误差范围内。

电液伺服系统因其具有输出功率大、控制精度高等优点,而广泛应用于工业生产的各个领域。电液伺服阀作为电液伺服控制系统的核心部件,其性能的好坏直接影响整个电液伺服控制系统的性能。电液伺服阀是输出量与输入量成一定函数关系,并能快速响应的液压控制阀,是液压伺服系统的重要元件,它在接受电气模拟信号后,相应输出经过调制的流量和压力,它既是电液转换元件,也是功率放大元件,它能将小功率的微弱电气输入信号转换为大功率的液压能(流量和压力)输出,实现电液信号的转换与液压放大。

对电液伺服阀的控制是通过控制其线圈通过电流的大小来控制力矩马达产生的力的大小,进而控制流量,转变为相应的位移

电气部分:电液伺服系统中偏差信号的检测、校正和初始放大都是采用电气、电子元件来实现的。电液伺服系统是一种采用电液伺服机构,根据液压传动原理建立起来的自动控制系统。在这种系统中,执行元件的运动随着控制信号的改变而改变。

伺服放大器是电液伺服控制系统的重要组成部分,用以改善电液控制元件或系统的稳态和动态性能。伺服放大器是指驱动电液伺服阀的直流功率放大器,其前置级为前置放大电路,功率级为电流负反馈放大电路。

伺服放大器的作用是将输入电压信号与反馈信号比较后的偏差信号加以放大和运算,输出一个与偏差信号电压成一定函数关系的控制电流,输入到伺服力矩马达线圈中去驱动伺服阀。进一步减少这个信号,使得系统达到所需要的控制精度。

三.电液伺服控制原理

电液伺服的工作过程主要是由控制计算机根据该系统给出的目标位置,计算出当前控制信号,经过D/A转换后,传递到伺服放大器中,伺服放大器的输出电流驱动电液伺服阀阀芯移动,由液压源提供动力,驱动液压缸实现加载功能。负载的实际位置经过位移传感器反馈回伺服放大器中,构成一个完整的闭环控制系统,实现对目标位置的跟踪,这是我们最常见的电液伺服控制原理,

这是最常见的电液伺服控制,阀放大器作为闭环控制器使用,优点是操作简单,容易上手,缺点是调节PID参数很不方便,也不灵活,而且看不到实际反馈,不利于实时监测。

所以建议将闭环控制做到PLC或运动控制器里,放大器仅作为功率放大器使用,通过计算机或触摸屏设定指令值和参数,采集传感器信号并经过处理后传给PLC或运动控制器,通过比较给定指令信号和反馈信号的误差,经过恰当的PID控制运算后,形成位移闭环控制系统。利用反馈信号与输入信号相比较得到偏差信号,使系统向着减小偏差的方向变化,不断修正传送给伺服阀的信号,直至偏差等于零或足够小,从而使系统的实际输出与期望值相符,直到满足指标要求,这样就实现了闭环控制功能。

近年来,PLC的结构和性能不断改进,随着PLC的性能价格比不断提高,许多小型PLC具备了过去大型机才具有的运算速度和高级功能,因此已广泛地应用,本文所提出的方法具有普遍性,取自具体的工程实践。

电液位置伺服系统主要是用于解决位置跟随的控制问题,以电液伺服阀实现对伺服油缸的位置控制,加入位移传感器构成位置闭环控制系统。位置传感器(线位移传感器)用来测量实际位置信号,并将其转换成对应的电流信号或电压信号送至PLC或控制器作为反馈信号。其根本任务就是通过执行机构实现被控量对给定量的及时和准确跟踪,并要具有足够的控制精度。电液伺服系统的动态特性是衡量一套电液伺服系统设计及调试水平的重要指标。它由电信号处理装置和若干液压元件组成,元件的动态性能相互影响,相互制约及系统本身所包含的非线性,致使其动态性能复杂。

四.电液伺服应用

电液伺服控制技术作为连接现代微电子技术、计算机技术和液压技术的桥梁,已经成为现代控制技术的重要构成。由于它具有线性好、死区小、灵敏度高,动态性能好、响应快、精度高等显著优点,因而得到了广泛的应用。

电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、控制精确性高等突出优点,因而在航空航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到广泛应用。随着电液伺服阀的诞生,使液压伺服技术进入了电液伺服时代,其应用领域也得到广泛的扩展。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、飞机和船舶的舵机控制。电液位置伺服控制系统适合于负载惯性大的高速、大功率对象的控制,它已在飞行器的姿态控制、飞机发动机的转速控制、雷达天线的方位控制、机器人关节控制、带材跑偏、张力控制、材料试验机、加载装置、雷达和火炮控制系统以及振动试验台等中得到应用。

供稿:网络

本文链接:https://www.chuandong.com/tech/detail.aspx?id=34444

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