电液控制技术现状及发展趋势

《电液控制技术现状及发展趋势》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电液控制技术现状及发展趋势（4页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、机电液控制技术的发展趋势徐 松四川大学 制造学院，四川 成都 610225摘要:将近代电液控制与过去电液控制作了对比,并就近代电液控制的几种类型及先进性作了阐述,分析了电液控制系统未来的发展趋势。关键词:电液控制;集成化;智能化;PID控制;神经网络控制;电流变液Electro-hydraulic control technology present situation and development trendXuSongSichuan University School of Manucturing Science and Engineering, Sichuan Chengdu 6102

2、25Abstract: nearly DaiDian fluid control electro-hydraulic control made the contrast with the past, and the nearest DaiDian fluid control of several types and advanced in this paper, the future trend of the development of the electro-hydraulic control system are analyzed.Keywords: electric hydraulic

3、 control; Integration; Intelligent; PID control; Neural network control. Electrorheological fluids 流体传动技术主要包括利用流体(液体和气体)压力和流体动能进行能量传递的液压气动和液力传动技术。很多自动化生产工序,如机床、工程机械、汽车、矿山机械等不用液压元件和系统是难以实现的。随着传感技术、数字开环及闭环控制系统的出现,液压传动已经发展成今天的电液传动技术,基础元件的动态特性和精度取得了极大的改进。如阀、变量泵、传感器和使用高效的数字集成电路,使闭环控制在动态特性和静态精度上显示出极大优势。50

4、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。80年代以来,比例元件的设计原理进一步完善,采用了多种形式的内反馈、动态反馈及电校正等手段,使阀的精度、响应、稳定性都得到了大幅度提高,稳态滞环减小到3%左右,工作频宽可达25Hz。近年来,计算机的飞速发展带来了控制领域的革命,出现了采用高速开关阀和步进电机拖动的数字式元件,以及以此为基础的 脉宽调制(PWM)型电液控制系统和数字增量控制(IDC)型电液控制系统。它们从抗

5、干扰性和适应复杂环境的能力以及控制方式、控制策略上与传统的电液控制系统有着显著不同,可以称之为近代电液伺服控制。1液压元件和液压系统的技术现状11液压控制阀液压控制阀按控制方式可分为:开关定值控制阀、伺服控制阀和电液比例阀。开关定值控制阀:此类阀借助手动、机动、电磁铁和控制压力油等控制方式启闭液流通路,定值控制液流参量伺服控制阀:此类阀根据输入信号及反馈信号成比例地连续控制液压系统输出的液流参量。伺服控制阀又称为随动阀,具有很高的动态响应和静态性能,但价格昂贵,抗污染能力差,主要用于控制精度要求很高的场合。电液比例阀:电液比例阀的性能介于二类阀之间,结构较伺服控制阀简单,价格较低且易于维护,它

6、可根据输入的电信号连续地控制液流参量,满足一般工业生产对控制性能的要求。1.2液压泵和液压马达液压泵和液压马达是液压系统中的能量转换设备,前者是把电动机的机械能转换成液压能;后者是把液压能转换成机械能输出,执行所要求的动作。液压泵的发展趋势朝着高速化方向发展,提高泵的转速的一个技术难点是摩擦副材料的耐磨性能,希望耐磨材料有较高的允许摩擦功。随转速的提高,泵的工作流量将增大。因此,泵的流道必须设计制造的流畅,以保证小的流道阻力,维持较高的运行效率,避免进口气蚀。为满足一般工业伺服系统精度不高、成本低、工作可靠和维修方便的要求,液压伺服技术发展了电液步进马达和电液比例控制。电液步进马达是一种数字式

7、机电液一体化装置,基本核心是计算机与液压马达的结合。1.3液压系统的分类和组成液压传动的设备,无论怎样复杂,总是由一些基本回路和特殊回路组合而成,基本回路是用液压元件组成并能完成特定功能的油路结构。随着现代工业的发展,对液压技术提出了更高的要求,不仅要求基本回路能够完成某项特定功能,还要求它们具有安全可靠、节能、低噪声、无泄漏和维护简单等功能。基本回路和液压元件都在不断增加、演变和趋向更加完善的境界。液压系统按采用控制阀的性质分类,可分为普通液压传动系统、电液比例系统和电液伺服系统。普通液压系统中还可以根据它们采用阀的形式分为滑阀型、二通插装阀型、球阀型等。一般的液压系统就是指普通开关式滑阀型

8、的液压系统,由于液压技术的发展,这类系统的阀的安装和组合形式是多种多样的。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。它的功能是将放大器输出的控制电流信号转换成机械控制信号力和位移。液压转换及放大元件是各类开关式、比例式或伺服式阀,实际是一个功率放大单元。液压执行元件通常是液压缸或液压马达。测量及反馈元件将执行元件输出的动力参数或其它中间变量加以检测并转换为反馈量(电、液压、机械)反馈到电机械转换器的输出端。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

9、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。电液控制系统可分为闭环和开环两种,采用闭环控制系统可提高执行元件输出参数的控制精度,或实现特定的控制目标。通常电液伺服控制系统采用闭环控制。由于电液比例控制系统对工作介质清洁度无特殊要求,制造成本低,能量损失低,稳定和动态控制特性足以满足大部分工程控制的要求,因此赢得了比电液伺服系统更为广泛的应用领域。1.4电液传动系统的介质应用自从帕斯卡定理发明几百年来,由于液压油具有防锈、润滑性能好、粘度大的优点,得以广泛应用。人们利用矿物油作液压系统的工作介质,创造了一代又一代的由液压油传动与控制的各

10、类主机系统。但是,液压油也给人类带来了生态环境的污染。由于自来水具有无污染,来源广泛,节省能源,安全性,难燃性等特性,是最具潜力的介质。随着各种相关科学的发展,“纯水液压技术”的有关技术难点得到解决。因此如何利用纯水作为高压液压系统的工作介质的课题引起了人们普遍的关注,纯水液压传动的研究已成为当今液压界的一大热点。纯水具备矿物性液压油所不具备的优点:纯水价格低廉,来源广泛,无需运输仓储;泄漏的纯水无需回收,因此无环境污染,同时降低了维护费用,而泄漏的矿物油极易污染环境;纯水的阻燃性好、安全性好,可在高温环境下安全工作,大大拓宽了液压系统的应用领域;纯水的压缩系数小,压缩损失比矿物性液压油降低2

11、5%左右,可补偿一部分由于泄漏增加而造成的容积损失。但纯水也存在着如下明显的缺点,这正是在研究中需要加以克服的问题:粘度低,密封间隙中流体流速加大,使漏损加大;润滑性差,元件的寿命缩短;纯水的运行范围是350,比矿物性液压油的范围窄的多;纯水具有气蚀性、腐蚀性,会使材料表面产生复杂的物理化学反应,使之脆弱化;纯水中的氯化物浓度、酸性、硬度及细菌也会对元件和系统产生影响。尽管用纯水液压传动存在着许多缺点,但是利远远大于弊。随着各种相关学科的发展,相信这些缺点将会得到解决。2电液控制技术的发展2.1集成化从技术构成上,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

12、科于一体的高交叉性、高综合性的技术学科,具有显著的机电液一体化特征。从元器件结构组成上,往往是集传感器、控制放大器、执行器于一身,构成集成化功能单元,而系统应用上则趋向于采用集成单元来实现复合功能。2.2智能化无论从元件的开发研究,还是系统的构成,以机敏材料为代表的智能材料的引入,传感检测技术的不断进步,以及包括模糊理论、人工神经网络在内的新的智能化控制策略与手段的不断成功运用,使得系统及元件的自学习、自适应机能得到充分提高,当代的电液控制技术越来越呈现出智能化的趋势。2.3PID控制的新发展以经典控制理论为基础的PID控制,因其具有结构简单易于实现的特点,至今在电液伺服控制中仍有着广泛应用。

13、但传统的PID采用线性定常组合方式,难于协调解决快速性和稳态特性之间的矛盾,在具有参数变化和外干扰情况下,其鲁棒性也不够好。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。2.4神经网络控制(NNC)神经网络(NN)是模拟人脑的信息处理和思维决策过程而运行的网络系统,它具有能充分逼近任意复杂的非线性关系,很强的鲁棒性和容错性、大规模并行性以及学习、推理并能适应严重不确定系统的动态特性等优点,因而近年在控制领域受到了广泛关注并得到了迅速发展。2.5电流变液的应用电流变液(Electro

14、rheologicalFluid,简称ERF)由微米量级的固体颗粒(分散相)和不导电的液体(连续相)组成,其主要特征是,在电场作用下能实现液态向固态快速可逆的转化,其响应时间为毫秒量级。ERF的这一特征使其在工业和技术上极具应用前景,利用这一性质设计出的新一代的传动离合器、阀门、减震器、制动器等可通称为电流变器件。与传统的产品相比,电流变器件具有重量轻、灵敏度高、响应快、噪音小和能耗低等一系列突出的优点,特别适用于用计算机控制的新一代机电产品,因而在工业部门有广泛的应用前景。2.5.1电流变减振器电流变减振器是目前有较好实验结果的ER装置。美国福特公司已有ER减振器出售,图1是ER减振器的示意

15、图。在同心圆筒固定电极阀型减振器中,来源于ER效应的阻力阻止了流体在同心圆筒中的流动,当活塞运动时,微机即可调节电极电压以改变流体的粘度,随后流体变稀薄而迅速复原。可见,减振器能适用于各种车辆和各种工作环境的需要。2.5.2电流变阀门 制造学院 机制七班 徐松 2012141411047电流变阀门的原理是:ERF在静止的管道中流动,控制电压改变流体的粘度,从而实现控制流动速度的目的。目前,ER阀门有多种设计,图2是一种ER阀门的示意图。无电场时,ERF可以从锯齿型狭缝之间的通道中通过;高电场下,通道中的流体固化,ERF不能通过,起到开关的作用。3结语本世纪是液压技术从兴起到不断发展的成熟时代。

16、随着现代科学技术的飞速发展,它已经不再仅仅充当一种传动方式,而更多地作为一种控制手段,充当了连接现代微电子技术和大功率控制对象之间的桥梁,成为现代控制工程中不可缺少的重要技术手段和环节。电液控制系统的发展是与控制策略的最新发展密切相关的。由于电液控制系统往往是复杂的非线性系统,严格意义上讲还是时变的。为了获得高精度、高响应、高可靠性以及好的鲁棒性,必须有与之相适应的控制策略。多年来,从传统的PID控制、自适应控制,到变结构控制、鲁捧控制、智能控制,诸多新颖的控制手段得到了不断发展和完善,为电液控制系统在各领域的不断推广使用奠定了基础。参考文献及网址：1百度文库：2作者：关景泰，温济全.机电液控制技术出版社：同济大学出版社ISBN：9787560825601出版时间：2003-02-01版次：1页数：2383作者：路甬祥.电液比例控制技术机械工业出版社 19884作者：梁启博.电液比例控制与数字控制系统机械工业出版社 19975作者：杨逢瑜.电液伺服与电液比例控制技术清华大学出版社 2009