液压伺服阀

液压伺服阀（精选8篇）

液压伺服阀 篇1

随着当今科学技术的日新月异,液压伺服自动控制系统在工业上的应用也越来越广泛,它具有反应速度快、抗干扰能力强及控制精度高等特点,应用于一些对精度高及反应速度快的自动化控制系统。本文着重介绍了液压伺服控制系统在模拟船舶摇摆实验系统上的应用。

1 系统组成

本系统主要用于液压部分的电液伺服阀的闭环控制、油缸位置的显示以及系统各部分的压力显示。电液伺服阀控制精度要求高,反应速度快,因此电气部分选用伺服放大器完成对电液伺服阀的闭环控制。数据采集部分则采用研华的PCI板卡,以工控机作为载体,减小外部电磁干扰对主控器的影响,提高了系统的稳定性。另外,PCI总线属于高速并线总线,其传输速率是通常的以太网或其他工业总线几倍,这样使伺服控制器和上位机之间的链接更紧密,通信速率更快,实现了上位机与控制器的一体化。

2 硬件设备

2.1 工控机

工控机主 要参数 :机箱研华IPC510MB ;主板SIMB-A21 ;处理器I32120 ;工作温度 -10 - 50℃。

2.2 伺服放大器

由于本系统采用的是液压伺服系统。电气部分需将油缸的位移传感器输出信号作为反馈信号,与输出信号进行比较后输出较大功率的信号控制电液伺服阀,从而产生随动运动,完成液压的伺服控制。因此我们选用的SVA-III-S带有位置解调器的板卡式电液伺服放大器,将位移传感器输出的小信号进行放大与伺服线圈的内环实现闭环控制,同时具有外环PID控制功能。主要的特性有 :带有LVDT位置传感器的三级伺服闭环控制,通过跳线开关设置选择外环PID控制,输出电流的限定,内环增益可调。其主要技术参数 :独立的±15V电源 ;频率100-2500Hz ;振幅2-11Vpp ;纹波 <40m Vp-p ;增益1-10Vdc/Vp-p ;工作温度范围0℃ ~50℃。

2.3 数据处理部分

液压部分选用的QDY-II的电液伺服阀,该阀具有驱动力大,零点稳定、灵敏度高,分辨率高、反应时间 <10ms。如要将油缸位移数据进行有效处理,我们需要选用采样频率较高的数据采集模块,因此我们选择PCI-1710U多功能数据采集卡。与同类型板卡相比此卡具有更高的可靠性和更多的功能。

3 软件平台

3.1 采集卡编程

采用研华PCI-1710U模拟量多 路采集卡进行数据采集。利用研华自带的Microsoft Visual Studio 6.0例子程序及研华提供的动态链接库 *.dll文件,将大大缩短程序的开发时间及降低编程难度。因此,本系统将采用Microsoft Windows XP操作系统,数据库采用Microsoft SQL SERVER,开发工具使用Microsoft Visual Studio 6.0。采用调用研华提供的系统动态链接库文件进行编程。

3.2 人机界面

画面显示信息主要包括 :用户管理、实时显示画面、报警查询画面、历史数据显示画面等。

用户管理画面主要是对操作用户进行操作管理,防止人员误操作。本系统将用户的操作权限分为2级,即操作用和管理员。操作员能查看显示界面上的数据变化和发出相关控制指令。管理员除具有操作员的权限外,还能对系统的参数进行设置,对历史数据和报警信息进行处理。保证了系统运行的安全性。

实时显示画面显示液压系统关键管路上的压力值、油缸的位置值、油缸的角度值等信息。画面的刷新频率为1S/ 次。

报警查询画面主要将系统运行时发生的滤器堵塞,油温高,油缸液位过低等故障信号进行报警并且将其记录,方便操作人员在系统故障时对故障点的查找,能有效的缩短了故障点的修复时间。

历史数据查询画面中能够通过选择系统的工作时间段,来查询此段时间中油缸工作过程中的振动信号的历史曲线。

4 结束语

液压伺服控制系统具有很强的人机界面功能 , 并具有一些很实用、方便的控制模式 , 从而使得该写在实际运用中具有很强的灵活性和实用性 , 其应用前景十分广泛。

液压伺服阀 篇2

一种单神经元PID控制的液压振动台数字伺服控制系统

文章将单神经元PID控制算法引入到液压数字伺服控制系统中,并通过系统的软、硬件设计,开发出了数字伺服控制系统样机.通过与某型液压振动台联试,系统运行稳定可靠.试验结果表明该伺服控制系统控制品质优良,具有较强的鲁棒性和自适应能力.

作 者：严侠 牛宝良 米晓兵 作者单位：中国工程物理研究院,结构力学研究所,绵阳,621900刊 名：航天器环境工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING年，卷(期)：200926(z1)分类号：V416.8关键词：液压振动台 伺服控制 PID控制 神经元网络

液压伺服阀 篇3

二滩水电站安装6台单机容量为550 MW的水轮发电机组。控制水轮机系统的调速器为瑞士HYDRO VEVEY公司设计制造的双微机MIPREG600型。调速器三级伺服阀由电液转换器、辅助接力器、差动接力器与主配压阀组成, 电液转换器属于喷嘴挡板与滑阀结合式的伺服阀, 完成电气——液压信号转换, 并将液压信号三级放大后输出至主接力器。调速器主配压阀直径150 mm, 额定操作油压6 MPa, 电转输出最大电压10 V, 颤振信号频率25 Hz、电压0.13 V, 挡板颤振幅值0.01～0.02 mm, 接力器容量2 136 kN·m。

二滩水电站调速器自投运以来, 三级伺服阀多次发生液压故障, 严重影响机组安全稳定运行。本文中, 选择5个典型伺服阀液压故障进行原因分析。

2调速器三级伺服阀典型液压故障及原因分析

2.1 节流孔堵塞导致机组溜负荷

2000年2月2日19时52分, 调节1号水轮发电机组出力由430 MW增加至500 MW时, 1号水轮发电机组溜大负荷, 调速器出现大量故障信息, 系统频率降低至49.76 Hz。

机组溜大负荷, 且与增负荷调节方向相反, 说明事故现象与调节过程无关。检查调速器电气控制部分、导叶开度反馈装置无异常。从机械液压回路方面分析:溜负荷, 则导叶开度减小、主接力器活塞向关机方向移动、主配压阀及差动接力器活塞向下移动, 必然有外因导致差动接力器控制腔 (下腔) 油压降低。因机组在运行状态, 所以开停机电磁阀工作位正确;因机组转速正常, 故机械过速保护装置未动作, 控制油阀rDC控制腔压力正常, 控制油阀未动作;检查节流孔126, 未发现异常。因此, 不是开停机电磁阀工作位不正确、控制油阀rDC动作、节流孔126堵塞, 而是辅助接力器活塞下移导致差动接力器控制腔油压降低。又由于电气调节器工作正常, 未输出引起挡板移动的信号, 所以, 一定是电液转换器的喷嘴113a或节流孔117b堵塞导致辅助接力器活塞下移。拆下喷嘴113a和节流孔117b, 检查发现117b被杂质堵塞, 故节流孔117b堵塞是引起机组溜负荷的根本原因。

2.2 节流阀堵塞导致开导叶速度缓慢, 同时伺服阀有异音和振动

2005年5月, 5号水轮发电机组检修试验中增加导叶开度时, 导叶开度增加缓慢, 调速器三级伺服阀发出啸叫异音并伴随剧烈振动。另外, 据运行操作人员反映, 一直以来, 5号水轮发电机组执行开机流程的时间比其他机组时间长。综合分析认为, 故障在液压系统方面, 开机操作油路不畅。

在开机回油路上设有节流阀, 阀上有6个直径约10 mm的通孔, 对开机过程回油进行节流, 以对最大开机速度进行限制。由于孔径较大, 透平油中金属磨屑、氧化物、胶物质等不会使其堵塞。取出节流阀后, 发现一大块白布留存于节流阀内附着在节流孔上, 节流阀有效过流面积减小约一半。由于节流阀堵塞, 透平油的流量被大大限制, 致使主接力器活塞移动减慢, 导叶开启速度变慢, 执行开机流程时间变长;同时, 因节流阀堵塞引起油液紊流和液压冲击发生, 导致三级伺服阀产生啸叫异音和剧烈振动。

2.3 节流孔堵塞导致机组开机流程超时报警

2006年6月11日, 5号水轮发电机组开机, 当流程执行到开导叶时, 实际开度不能跟上开限, 以致计算机监控系统发出“开机流程超时”报警信号。

现地查看设备无其他异常, 计算机监控系统也无其他报警信号。实际开度不能跟上开限, 驱动伺服阀活塞移动的“动力不足”, 节流孔或喷嘴可能轻微堵塞。

检查电液转换器的喷嘴和节流孔, 发现长约2 cm宽约3 mm的滤芯纤维, 堵在节流孔117b处。节流孔117b部分堵塞, 因而进入辅助接力器活塞下腔油量减少, 压力较正常偏小, 同时上腔油量增加, 压力较正常偏大。而开机电流引起辅助接力器活塞下腔压力应增大, 上腔压力应减小。所以, 节流孔117b堵塞, 减小了正常开机操作时辅助接力器上下腔的压差, 使得开机速度减慢, 开机流程时间延长。

2.4 伺服阀液压卡紧导致超调现象

2009年8月4-7日, 5号水轮发电机组5次出现负荷波动情况, 表现在机组增负荷调节过程中, 调节初期调节滞后, 调节后期又出现超调和振荡过程。以5号水轮发电机组出力调整时第4次负荷波动情况为例分析故障发生的原因。5号机有功功率波动时各特征量波形见图1。

观察故障发生时, 外部功给、电转信号、导叶开度、开度限制、机组出力波形图, 以解读故障发生时的现象。当外部功给增加时, 电转随即给出开导叶信号, 一段时间之后, 导叶开度、机组出力增加, 电转输出的开导叶信号逐渐减小, 当机组出力达到外部功给时, 电转输出信号减小至零, 可导叶开度继续增加、机组出力超过外部功给值继续增大, 电转随即给出关导叶信号, 直到电转关导叶信号达到5.7 V时 (正常调节70 MW负荷, 对应电转电压约1 V) , 导叶开度、机组出力才急剧下调, 振荡后系统趋于稳定。

调速器三级伺服阀因有调节边界的设置, 所以灵敏度高、速动性好。电转给出信号一段时间之后, 导叶开度、机组出力才增加, 显然是调节滞后。当机组出力达到外部功给、电转输出信号减小至零时, 所有调节应该结束却没有结束, 出现了超调现象。符合典型的液压卡紧故障特征。

此次液压卡紧故障发生在设备投产10余年后, 属于中期液压故障, 所以排除滑动副之间几何形状误差和同轴度变化导致径向液压力不平衡引发的液压卡紧, 应归结于透平油中脏物楔入伺服阀间隙引发的液压卡紧[1]。

2.5 机械杂质堵塞节流孔或喷嘴, 导致机组自行增负荷

2010年9月8日7时26分, 计算机监控系统发“5号机故障录波器触发, 5号机励磁电压越上限1、2、5号机无功反馈故障发生, 5号机有功输出值越上限1 (上限1为 580 MW) , 5号机有功调节故障”等报警信号。事后查询IMS报表数据, 当时5号机组无功功率曾瞬间达到-73.13 MVA (原3.75 MVA) 、5号机组有功功率曾瞬间达到616.08 MW (设定值500 MW) 、5号机励磁电压曾瞬间达到527.25 V。此次故障发生时刻, 运行人员无调节机组的任何操作, 机组一次调频装置未动作, 开限保持在77%。

根据故障表象, 励磁电压的突变与机端电压的变化无关, 与机组有功、无功功率的波动变化几乎同时发生, 无功功率大幅波动是由于机组原动机功率的快速改变导致机组运行功角波动而引起;调速器测量元件、控制器工作正常, 输入输出数据正确, 因此, 可以确定是液压系统问题引发一系列故障。下面从调速器三级伺服阀机械液压原理、结合有关特征量波形图 (图2) , 对故障原因进行具体分析。

由图2可以看出, 故障发生时刻, 外部功给、开度限制未做调整, 电转输出关导叶信号, 而导叶开度、机组出力不减反而增加。 (补充说明一点, 2010年对调了电转信号录波装置的信号线, 因此电转关机信号在图1与图2中分别为向上和向下。) 查询系统报表数据可知, 最大有功输出达到635.58 MW, 电转输出最大关导叶信号4.79 V, 调节过程剧烈波动, 振荡持续了19 s。

正常情况且不调整机组外部供给和开度限制时, 电转仅输出颤振信号, 该信号不会导致机组出力变化。此次, 5号水轮发电机组在无任何调节信号的情况下, 电转输出关导叶信号时, 导叶开度、机组出力反而在增加。能够合理解释这一故障现象的就是:某种原因导致三级伺服阀活塞的平衡状态被打破, 活塞向开导叶方向移动, 引起导叶开度和机组出力自行增加;当机组出力大于外部供给时, 电转参与正常的自主调节, 输出关导叶信号, 以便控制机组出力与外部功给一致。

从三级伺服阀的结构原理可知, 节流孔117a或喷嘴113b发生轻微堵塞, 会导致辅助接力器、差动接力器、主配压阀活塞向上移动, 主接力器活塞向开导叶方向移动, 导叶开度增大、负荷自行增加。因此, 节流孔117a或喷嘴113b发生局部堵塞是造成机组自行增负荷的直接原因。由于电转输出的强调节信号作用, 液流冲掉了堵塞位置的杂质, 调节系统经剧烈波动后趋于新的平衡状态。

3 结语及建议

通过以上分析可知, 二滩水电站调速器三级伺服阀液压故障, 是由于安装或检修维护过程中残留于系统中的机械杂质、系统工作中不断生成的污染物堵塞节流孔或喷嘴以及卡紧伺服阀等导致的。

据有关资料统计, 液压控制系统80%的故障是由于油液的污染造成的。二滩水电站喷嘴挡板式伺服阀, 对透平油污染耐受度较低, 更应严格控制油液污染度, 以提高伺服系统工作可靠性。为避免此类故障重复发生, 保障机组安全稳定运行, 提出如下建议。

(1) 定期对调速器液压系统进行清洗和净化, 并控制检修维护工作中的残留污染物。

(2) 防止透平油存储、运输、使用过程中外界侵入污染物。

(3) 加强运行机组透平油技术监督工作, 采取有效的过滤措施控制油液中的生成污染物。

参考文献

液压伺服中心架的设计 篇4

液压伺服中心架由机械装置、液压伺服系统和控制系统三部分组成。相对于普通中心架, 它的优势是能够在工件转动过程中根据工件圆度状况或者回转轴线摆动等自动调整支撑杆位置, 防止刚性支撑引起内力之间相互作用而产生附加变形以及由此引起的整个系统振荡, 保持了支撑力恒定, 因而使支撑更加稳定。

1. 液压伺服中心架结构与原理

对于四导轨卧式车床, 液压伺服中心架采取C型两支撑机构, 即底部支撑用于抵消重力和水平支撑用于抵消切削力。机械部分主要由支撑基座、上体进给机构、上支撑构件、上顶持机构、工件重量顶持机构、行走机构、锁紧机构等部分组成。如图1所示, 行走机构安装在基座上, 通过与床身上齿条啮合传动实现中心架在机床导轨的移动;锁紧机构由液压缸、碟簧油缸和锁紧拉杆组成, 把整个中心架锁紧在机床导轨上;重力支撑机构安装在基座上, 切削力支撑机构则安装在上体上;上体依靠进给机构在工件直径方向移动与活塞杆伸出一并带动切削力顶持机构抵达工件表面。工件表面接触均采用双轮支撑结构。

液压伺服中心架工作原理: (1) 当辅助支架不工作时, 处于主轴箱端或尾座端 (视情况而定) , 此时, 导轨锁紧装置处于卸油状态, 由锁紧装置 (碟形弹簧锁紧, 压力油松开) 将辅助支架锁紧在导轨上, 承受重量油缸和承受切削力油缸的活塞杆处于缩回状态。 (2) 当需要辅助支架工作时 (被加工工件已经装夹在机床上) , 导轨锁紧装置给油, 锁紧装置松开, 辅助支架移动电机通电 (由点动开关控制) , 将辅助支架移动到工件需要支撑的部位, 导轨锁紧装置卸油, 由锁紧装置将辅助支架锁紧在导轨上, 然后, 承受重量油缸和承受切削力油缸的后腔同时给油, 两油缸活塞杆伸出, 支撑滚轮与工件接触, 加工可以开始。 (3) 加工过程中, 由液压伺服系统控制平衡工件重量, 比例溢流阀和蓄能器组合回路控制平衡切削力。 (4) 加工完成后, 承受重量油缸和承受切削力油缸的前腔同时给油, 两油缸活塞杆缩回。然后, 导轨锁紧装置给油, 锁紧装置松开, 辅助支架移动电机通电, 将辅助支架移动到主轴箱端或尾座端, 导轨锁紧装置卸油, 将辅助支架锁紧在导轨上。

2. 液压伺服回路设计及主要元件选择 (参见图2)

液压伺服部分由液压伺服回路和蓄能回路实现压力控制达到顶紧力的控制。液压伺服中心架设有竖直和倾斜两个支撑油缸, 其中抵消重力液压回路的液压伺服系统主要由伺服放大器、电液伺服阀、液压缸、信号反馈装置等部分组成, 伺服阀控制伺服液压缸动力机构位置精度的高低和运动的平稳性, 对整个系统起着决定性的作用。而承受切削力油缸则用蓄能器随时补油或溢流阀泄油调整油缸压力达到控制支撑力的目的。液压伺服部分蓄能回路由泵向抵消切削力作用的油缸供油, 设定的溢流阀开启值则可以满足用户需要的设定工件支撑力。在工件的回转过程中, 随着工件外圆的圆度变化, 蓄能器随时向油缸注油或在油缸压力上升的情况下吸收一定的油, 从而快速的平抑油缸内压力波动, 实现压力基本恒定保持在设定值附近, 达到支撑力恒定的目的。

由于该伺服系统用于重型机床中心架的重力辅助支撑, 承载能力要求较高, 同时受空间结构以及系统流量的限制, 油缸的尺寸即便在最大设定情况下, 为避免阀流量和供油系统参数与尺寸过大, 故选择较高的系统压力。供油压力高则对元件的制造精度和系统的使用维护要求提高, 并使容积效率降低。但可减小液压动力元件、液压能源装置和连接管道等部件的重量和尺寸, 减小压缩性容积和减小油液中所含空气对体积弹性模量的影响, 有利于提高液压固有频率。

考虑到液压元件及伺服阀的额定压力系列, 并考虑到可靠性和维护水平, 系统取工作压力ps=18MPa。负载压力的确定按照常规即最大功率传输条件, 取pL=2/3ps, 即pL=2/3ps=12MPa。

伺服阀的性能曲线、阀芯机能、额定流量、阶跃响应、频率特性、泄漏量等参数是选用的重要标准。伺服阀的额定流量应留有一定的余量, 通常为负载所需流量的15%左右, 在快速性高的系统中可取到30%。根据选定阀的压降和计算出伺服阀流量, 可从伺服阀样本中选出合适的伺服阀。除了流量规格之外, 在选择伺服阀时还应考虑以下因素:流量增益的线性要好, 压力灵敏度较大, 但对力控制系统要求压力灵敏度较低为好;不灵敏度、温度和压力零漂尽量小, 泄漏较小;伺服阀的频宽应满足系统要求, 频宽过低将限制系统的响应特性, 过高将损坏系统抗干扰力;综合考虑伺服阀对污染的敏感性、是否加颤振信号等。

伺服阀选用BOSCH产品, 为零遮盖的伺服比例阀, 设计简单, 电路要求低。

由于该系统中的伺服阀是高响应元件, 阀口瞬时打开或关闭, 信号电流不同时, 阀的开口不同, 负载流量变化很大, 产生压力冲击。系统中虽然设有安全阀, 但其反应较慢, 压力增高, 其值可达正常压力的几倍以上。这种冲击往往引起仪表、元件和密封装置发生故障, 甚至损坏, 同时还会引起系统的强烈振动。在控制阀或液压缸等冲击源之前装备蓄能器, 可以吸收和缓解这种液压冲击, 提高系统的整体性能。

3. 控制系统

液压伺服部分采用PC加运动控制器的开放式数控结构, 配以压力传感器和电液比例伺服阀, 具有液压控制同步控制方式, 组成方便, 同步精度高, 人机交互好的特点。同时, 系统界面能够观察到系统运行状态, 直观, 操作方便。实际操作使用西门子系统配置的S7300PLC, 博士力士乐产品HNC 100运动控制器控制整个液压伺服系统。

传感器与控制卡、伺服阀形成一个闭环控制系统, 随着系统工作要求实现不同的伺服控制。伺服比例阀控制液压缸的振动和移动, 安装在油缸下部的位置传感器检测出油缸的压力, 压力信号反馈到HNC, 经过与PLC输入指令信号比较计算, HNC通过放大器向伺服比例阀发出信号, 控制伺服比例阀的开启方向和大小, 从而控制伺服液压缸动作的方向、速度和位移。

用Rexroth专利HYVOS软件对设计进行计算机仿真, 以确定辅助中心架在各种干扰载荷和运动情况下是否能正常运转, 从而达到优化设计的目的, 使辅助中心架在各种干扰载荷和运动情况下都能正常运转。该液压伺服辅助中心架经实际应用表明, 可克服工件圆度误差、回转偏心等因素带来的不利影响, 对工件施加稳定支撑, 有效地控制工件变形量, 达到切削过程稳定和良好的加工精度。

摘要：介绍液压伺服中心架的结构和原理、液压伺服回路基本构成及其主要元件选择, 对设计进行仿真, 达到优化设计的目的。

液压伺服阀 篇5

近年来,随着工业技术的不断发展,人们对液压机的速度提出了越来越高的要求,低效率高耗损的生产方式已不能满足市场的发展步伐。传统的通过增大阀的通径来提高流量而获得高速的液压控制方式,其效果往往不尽如人意,这主要是由于传统的采用阀控制的液压系统在实现高速—低速或低速—高速转换过程中,阀的开口大小不能实现有效的比例流量控制,造成液压冲击进而造成滑块位置不能精确控制。

目前,国内生产的液压机在速度、稳定性、抗偏载能力、调平精度等技术水平方面与国际先进水平相比有一定差距。德国生产的高性能液压机快下速度可达600mm/s,回程450mm/s,工作速度40~60mm/s,速度可与高速机械压力机相媲美,其主要是采用了大流量大通径电液伺服阀系统控制技术。目前国内专业阀生产厂家还不能达到国际先进水平,而进口产品采购周期长(往往需要长达一年以上的时间),价格是国内同类产品的10倍以上,大大制约了国内高速、高性能、高精密液压机的发展。

为了改变传统的液压控制方式,填补国内空白,提升金属板料成形液压机的技术水平,我公司联合德国福伊特哈雷液压有限公司和中科院沈阳自动化研究所,发挥各自优势共同开发高性能数控混合伺服液压机成套设备。该系统采用大流量电液伺服泵通过智能控制单元对液压系统压力、方向、流量进行精确快速控制,提高液压机的速度、精度、可靠性,实现速度的平缓过渡,减小系统压力流量损失和液压系统冲击噪声,实现液压机产品在高速、高效、环保、节能和高附加值等方面的突破。

1 液压系统原理

1.1 动力部分

本液压系统(图1)采用伺服步进电机驱动,电机M1驱动两件双联齿轮泵pump1、pump2,电机M2驱动另外两件双联齿轮泵pump3、pump4,分别给主缸上腔和下腔提供液压油。由于采用的是齿轮泵单独控制上下腔,所以在滑块快速下行时,可以启动步进电机M2反向转动,将主缸下腔油液抽到油箱,减小主缸下腔回油阻力,得到更高的快下速度。同时,由于采用了齿轮泵,其流量稳定,只要改变步进电机的转速,就可以得到不同的工作速度。

1.2 主缸控制阀块

主缸控制阀块如图1中CF1(双点划线)所示,外观如图2所示。其作用在于对泵输出的油液进行分配,以实现执行元件的特定动作。主缸控制阀块可以分成三个功能部分:(1)第一部分控制主缸上腔,主要由两只三位四通电磁换向阀、两只调压阀组成。两只三位四通电磁换向阀分别控制泵pump1、pump2输出的液压油的输出方向,例如:当电磁换向阀YV1、YV3均得电时,则泵pump1、pump2输出的液压油均进入主缸上腔;YV1、YV3均失电时,泵输出的油经CF1阀块回油箱,系统卸荷;YV1、YV4得电,则主缸上腔由泵pump1供油,泵pump2输出的液压油回油箱;YV2、YV3得电,则主缸上腔由泵pump2供油,泵pump3输出的液压油回油箱。(2)第二部分控制主缸下腔,其组成及工作原理与第一部分相同,不做详细叙述。(3)第三部分用于控制充液阀,主要有压力阀、

蓄能器、单向阀,电磁换向阀等组成,有单独的小电机M3及小流量齿轮泵pump5供油,蓄能器主要用于维持其压力恒定。

另外,阀块上开有一些接口,用来安装压力传感器和压力表等器件,显示和检测工作压力,采集液压系统压力流量等信号,输入控制系统,形成闭环。

1.3 液压垫缸控制阀块

液压垫缸控制阀块如图1中CF2(双点划线)所示。连接在主泵1的出口分支处,其初始状态接三位四通电磁换向阀中位(0位),油路处于关断状态,不影响主阀块油路系统。当液压垫需要顶出时,只要通过控制系统,使电机M1转动,由泵1供油,同时电磁阀YV12得电,即可实现液压垫的顶出。同理,YV11得电,即可实现液压垫的退回。调压阀F9设定阀块CF2工作压力,调压阀F8作远程控制,作为F9的先导控制阀,设定压力小于或等于F9设定值。一般情况下,调压阀F8安装在机身或控制台上便于操作的位置,并由压力表B4来观察调节的压力值,F9一般设定为一个固定的高压,通常为25MPa。

另外,本液压垫阀块系统还可以实现液压机的拉伸功能,如图1所示,电磁阀YV11、YV12均不得电,电磁换向阀接中位,不影响主缸阀块系统的正常工作。如图3所示,液压垫初始为顶出状态,滑块慢速加压下行,液压垫被迫退回,液压垫下腔在调压阀F9的作用下形成背压,经F9溢流,维持液压垫缸下恒定成形压力,同时,液压垫缸下腔拉伸成形背压可根据用户工艺需要通过远程调压阀F8进行远程调节控制。板料随动成形,这种工艺方式成形的工件质量高,可以有效减少和防止拉破起皱现象。

2 样机试制

经过中德双方多方面的技术交流,最终制成公称力为160t样机,各项指标参数均达到了设计值,滑块快下速度达450mm/s,工作速度在0~40mm/s之间无级调整,回程速度达450mm/s。试制成功的样机噪声很小,由于采用了伺服电机控制,几乎没有空转能耗,节约能耗为普通产品的30%。滑块定位精度高,在450mm/s的快下和退回速度下,误差仅为±0.1mm。

3 结论

本文介绍的一种无级可调液压系统结构简单,改变了传统的通过改变阀开口大小实现对液压系统速度流量的定量控制方法,直接通过伺服电机和定量齿轮泵为液压系统提供能量,只需控制伺服电机转速就可以得到不同流量,结构简单,消除了阀制造误差、系统惯性等潜在不利因素,只需改变程序控制方式,就可以得到所需的液压机运动件速度,实现了液压机在高速、高效、高精度、节能、环保等多方面的突破。随着控制技术的不断发展,该项技术必将推动液压机制造技术的变革。

参考文献

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[2]夏卫明,胡斌,许闯.电动调节缓冲开口可调高度机构设计[J].锻压装备与制造技术,2011,46(5):42-45.

[3]韩启义.浅谈液压机的节能型缓冲装置的应用[J].锻压装备与制造技术,2011,46(1):31-33.

液压伺服阀 篇6

一般常用的调速回路有节流调速、容积调速等。其中节流调速具有调速效率较低, 发热较高, 并且调速范围不大等特点, 使得节流调速在一些要求重载、高速和大功率的场合不能使用;传统的液压容积调速是靠改变油泵或油马达的排量来调节系统的输出流量, 从而达到控制执行元件运行速度的目的。这种调速方法对各种干扰敏感, 往往需采用伺服变量机构, 而伺服变量机构对油液过滤精度要求高, 价格也昂贵。随着微电子技术和变频技术的发展, 人们逐渐认识到将交流伺服电动机运用到液压调速系统中, 可以不改变泵的排量, 而只是通过交流电动机来改变泵的转速, 从而改变泵的输出流量, 也可以达到调节执行元件速度的目的。在此系统中, 电机变频调速技术依靠改变供电电源的频率实现对电机转速的调节。将电机变频调速技术应用于液压系统, 即交流变频液压调速系统。交流变频液压调速系统一般由变频器、异步电机及液压系统组成。电动机始终处于高效率的工作状态, 其节能效果十分显著, 采用交流伺服电动机后的系统综合节电通常可达30%以上, 同时简化了液压回路, 减少了液压系统的能量损失。并且在具有交流伺服电动机的液压伺服系统中, 液压泵可以选用可靠性高但价格低廉的定量泵, 从而提高了系统的可靠性并降低了成本。这种系统具有和容积调速类似的性能。

常用的伺服电动机按照利用的电源可以分为:直流伺服电动机和交流伺服电动机。直流电动机具有良好的调速、起动和制动性能, 能经济方便地在大范围内平滑地调速, 所以在过去的工业自动化装置中, 直流伺服电动机占有很大的比重。然而, 由于直流电动机是采用电刷和换向器完成电枢电流的换向, 电刷和换向器之间是滑动接触, 运行中常产生火花和磨损, 因此换向器表面和电刷都需要经常维护和保养, 以保证直流电动机的正常运行, 这是直流电动机的致命弱点。交流电动机的调速比较困难, 长期以来大多应用在工业交流电源驱动的恒速运行的场合。随着微电子技术、大规模集成电路制造技术的发展, 各种功率变换元件 (可控硅、控制级可关断可控硅 (GTO) 、大功率晶体管、场效应晶体管 (MOSFET) 等) 以及它们的应用技术取得很大的进步。微型计算机的单片化, 加上数字控制技术和信息处理技术的发展, 变频逆变技术的研究和高可靠性、稳定性的逆变器的研制取得很大的发展, 交流电动机的调速控制技术愈来愈成熟和实用化。矢量控制理论和直接转矩控制理论解决了交流电动机的转矩控制问题。微处理机引入控制系统促进了模拟控制系统向数字控制系统的转化。数字化技术使得复杂的矢量控制得以实现, 大大简化了硬件, 提高了控制精度, 而自诊断功能和自调整功能的实现又可进一步提高系统可靠性, 节约大量人力和时间, 操作和维修都更加方便。

由于交流伺服电动机无电刷和换向器, 不需要维修, 与直流伺服电动机相比, 输出相同功率时, 交流伺服电动机重量轻, 液压系统的调速回路采用交流伺服电动机、可双向转动的定量泵取代了变量泵, 这个系统的最大特点是充分发挥交流伺服电动机的特性, 交流伺服电动机驱动可双向转动定量泵, 定量泵直接驱动油缸。通过改变交流伺服电动机的正反转、转速和运行时间来控制油缸的正反向、油缸的运动速度和运行位置。

采用交流伺服电动机的调速回路的优点在于:

1.调速范围宽、分辩率高、节能性好、抗污能力强、易于实现计算机控制等。

2.节能效果显著, 有效降低生产成本。采用交流伺服电动机的系统因为性能与容积调速类似, 因而避免了节流、溢流和卸荷损耗。但是这种系统优于容积调速的一点为它能提高伺服电动机效率和改善功率因数, 这是其它液压调速方式无法解决的。

3.提高了液压系统的寿命和可靠性。采用交流伺服电动机系统的液压泵价格低廉、可靠性高, 去掉了对环境要求较高的液压元件, 从而对传动介质及过滤要求可适当降低。并且由于电动机和泵长期在低于额定转速下运行减少了泵的磨损和系统的噪声, 提高了使用寿命和系统可靠性。

4.系统元件数目少, 管道布置减少, 可实现集成一体化, 体积小、重量轻、效率高。

液压伺服阀 篇7

关键词：液压伺服,虚拟仪器,LabVIEW PID,模糊控制

引言

随着国民经济的快速提高和科学技术的飞速发展，人们在空间拓展和核能利用等伺服液压系统具有控制功率大，易于实现直线运动，速度刚度大、配置柔性大，动力传输和控制方便等优点，非常适合作为阻尼器测试系统的动力元件。液压测试系统中包含了信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出。传统仪器的这些功能块都是以硬件的形式存在的。虚拟仪器系列化软件将传统仪器的三大功能块全部放在PC机上来实现,在PC机上插数据采集卡,然后用软件在屏幕上生成仪器面板,用软件来进行信号分析,在软件生成的界面上显示结果,实现传统仪器功能。与传统仪器相比,虚拟仪器具有巨大的优越性.因此将虚拟仪器和伺服液压控制技术相结合的开发应用模式也将成为今后的发展方向。

1 系统硬件选择

1.1 信号比较、放大部分的选用

考虑到系统响应速度和可靠性等因素，本系统采用计算机外反馈形式。通过实际考察由MOOG公司生产的G122-824型PI伺服放大器兼具PI控制和放大器的功能，具有稳定、可靠的特点完全适合本系统。

放大器内的选择开关可以选择比例(P)、积分(I)或两者的结合(P&I)。用内部开关可以选择多种不同的放大器特性，这样能使一个放大器应用在许多不同的场合。所提供的设置选项是MOOG公司多年设计和调试闭环系统经验积累的结果，具有很强的代表性。伺服放大器采用模拟电子器件，它接受三个输入信号，其中两个为单端信号，另一个为差动信号。由上述输入信号得到偏差信号，然后对其进行比例放大和积分控制。比例和积分信号共同作用成为驱动伺服阀的电流或电压输出。前面板上的调节电位器、LED指示灯和测试点便于快速方便的设置和帮助解决突然出现的故障。

1.2 传感器测量系统的选用

1.2.1 位置传感器

根据技术协议，位移传感器必须稳定可靠，具有较高的精度等级。BALLUFF公司的新一代BTL5系列微脉冲位置传感器不仅有较高的精度等级，其形状尺寸也便于内嵌于油缸内，不仅提高了安全系数又能减小振动误差，是一种比较理想的反馈元件。

该传感器的检测元件(波管)由特种镍铁合金制成，内径0.5mm，外径0.7mm。管内设有一根铜导线。由一个瞬时电流脉冲启动检测过程，该电流产生了一个围绕波导管旋转的圆形磁场。在被测位置作为标示块的永磁铁，其磁力线垂直于电磁场。在两个磁场交会的波导管中，由于磁致伸缩效应使波导管(在极小范围内)产生了一个弹性形变，并以机械波的形式沿波导管同时向两个方向传播。在波导管中，机械波的传播速度为2830 m/s，几乎不受环境的影响(如温度、冲击、污染等)。到达波导管远端的机械波在那里衰减，而到达信号转换器的机械波由磁致伸缩的反效应转换为电信号。从波发生点到信号转换器机械波传播的时间与磁铁到信号转换器的距离直接对应。通过检测时间，可以高精度地测出距离。

1.2.2 力传感器

由于力传感器要求量程大、精度高，采用进口产品价格比较昂贵，通过选择比较系统中选用了某研究所生产的BK系列传感器，通过二次标定完全满足系统要求。

该传感器是以电阻应变计为转换元件的电阻应变式测力传感器。传感器由弹性体、电阻应变计、测量电桥组成。传感器弹性体上粘贴有电阻应变计，并组成惠斯登电桥。在被测力或重力作用下，弹性体产生与其成正比的弹性变形，在弹性体特定部位上粘贴的电阻应变计将应变转换成与其成正比的电阻变化，给由电阻应变计组成的惠斯登电桥施加激励电压，即可以得到与被测力成线性关系的电压变化，通过对电压变化的测量即可测出力或重力。由电阻应变计组成的电桥构成了电阻应变式传感器的基本测试电路，但对于现代力或重力传感器，特别是高精度产品，必须采用电路补偿技术，以改善性能。BK系列传感器就是这种技术的产物。

由于采用了补偿技术传感器性能得到很大提升，检定结果重复性误差为0.02%,直线度误差为0.05%,滞后0.09%。同时，为了便于使用传感器本身内置了放大器将m V的电压信号转换为需要的电源输出。

2 控制算法及其应用仿真

2.1 控制算法实现

Lab VIEW和Matlab在测控领域进行仪器控制和数据处理应用最为广泛，他们都有自己的特点和优势。简单的讲LabVIEW为图形化编程环境，易学易用，具有强大的高质量硬件支持，可以方便的搭建出能够灵活使用的虚拟仪器，在仪器控制和数据采集领域具有很大的优势，但是数据计算和数据分析功能就比Matlab稍逊一筹，虽然LabVIEW也集成了大量的数据计算和数据分析工具包，仍然无法轻易达到Matlab的计算能力，同时大量的数据计算必然会占用大量的系统资源，从而对数据采集和仪器控制的速度造成一定影响。如果将数据计算全部交给Matlab处理就必然要在LabVIEW的控制程序运行的同时运行Matlab程序，再在控制程序中调用Matlab的计算结果，这样也势必浪费大量的系统资源。因此如何将LabVIEW和Matlab有机的结合起来达到最好的使用效果是一个值得思考得问题。本文为了充分发挥LabVIEW和Matlab的技术优势，合理使用系统资源，将控制程序中使用到的算法计算直接使用Lab VIEW工具包实现，而将静态的结果分析放在Matlab中。这样既发挥了Matlab强大的计算功能，又避免了在Lab VIEW控制程序中调用Matlab，从而使系统资源得到合理利用。以下对某些特定功能在Matlab和LabVIEW中的实现方法作了详细比较。

2.2 模糊控制算法的实现

由于模糊控制在控制领域的迅速发展，尤其对非线性系统表现出的优越性，作为通用开发平台的LabVIEW也添加了Fuzzy Logic Control Toolkit工具包。该工具包可以根据用户需要设计独立的模糊控制器，并方便的应用于控制程序中。但是Fuzzy Logic Control Toolkit所能设计的控制器有以下限制：

(1)最多只能有4个语言变量;

(2)每个语言变量的最多只能有9个语言值;

(3)隶属度函数只能是最为常用的三角形和梯形(包括Z型、Λ型、Π型和S型，见图1)。

当然，这些限制对大多数工程问题不会造成影响，一般都能得到圆满的解决。

下面简述一下用LabVIEW设计及使用模糊控制器的一般步骤。

(1)利用Fuzzy Logic Controller Design中的Project Manager工具建立一个模糊控制工程，并以*.fc后缀保存，用以存储后面设计的模糊控制器数据。

(2)利用Fuzzy Set Editor工具定义语言变量并根据实际要求设计每个语言变量的隶属度函数。

(3)利用Rules Base Editor定义并设计模糊控制规则库，同时也要选择反模糊的方法。

(4)测试控制器的输入/输出特性，满足要求后保存控制器数据。用数据操作手柄模拟输入信号，从而得到多点输出值，划出输入输出特性曲线。

(5)在控制程序中，调用模糊控制器。

Fuzzy Logic Control Toolkit带有的Load Fuzzy Controller.vi、Fuzzy Controller.vi和Test Fuzzy Control.vi三个子程序，专用于控制程序中模糊控制器的调用。Load Fuzzy Controller.vi可以根据指定路径加载设计好的模糊控制器，并把控制器参数等信息传输给Fuzzy Controller.vi进行控制计算，并提供控制输出。Test Fuzzy Control.vi则可以在线测试控制器，并显示控制器的各项参数。

从整个操作过程可以看出，LabVIEW中设计模糊控制器的方法与Matlab非常接近，具有同样的操作简便性。但是Matlab对控制器几乎没有任何限制，可以设计、计算庞大的控制系统。当然，过多的控制变量必然要求更高的计算机性能。对于Matlab模糊逻辑工具箱的应用方法已有较多文献资料作了详细介绍，这里就不再赘述。

2.3 系统分析及控制算法仿真

模糊控制算法的实现用Lab VIEW工具包Fuzzy Logic Controllor Design设计。模糊控制器实际为双输入单输出系统，输入为误差E、误差变化EC,输出分别为KP、KI。本文将输入变量模糊状态设为7个，分别为负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(ZE)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PS)，输出量设为4个模糊状态，分别为零(ZE),正小(PS),正中(PM)、正大(PS)。它们的隶属度函数采用梯形和三角形两种形式，输入的量化因子和输出的比例因子是控制器的重要参数.它决定了控制器的静态和动态特性。两个输入的量化等级均采用21级，即[-10,10]，输入变量的论域均为[-20,20]，因此输入的量化因子为0.5。输出的量化等级取为11级，即[0,10]，KP的论域取为[0,10]，KI的论域取为[0,1]，因此KP的比例因子为1,KI的比例因子为0.1。

解模糊策略采用重心法，如下式：

在Lab VIEW中使用Simulation Module工具包对加入了Fuzzy-PI控制器的系统性能进行了仿真。仿真程序中两次调用模糊控制器分别产生KP、KI两个系数供PID控制器调用，仿真结果与原来闭环系统的阶跃响应，可以看出系统的响应速度得到了很大的改善。

3 软件的总体结构

用LabVIEW图形化编程工具开发实际的测控系统时经常会遇到这样的情况：测试量庞大，另外还要进行数据分析处理、报表生成打印和数据库建立查询等任务。面对如此繁多的任务，无法用一个人机截面来实现，这时通常将一个完整的测试系统按完成的具体任务不同分成几个功能模块，每个功能模块分别设计成不同的子程序(子VI)，并且每个子程序都有自己的用户界面。在测控系统中首先提供一个友好的用户界面，在此界面上把上述功能模块组织起来供用户调用。

在实际使用中发现利用子面板显示往往会限制子程序面板的显示空间，影响子程序面板的控件布置，对交互界面的设计造成了一定的影响;使用控件调用子程序面板又不符合常用操作系统的使用风格，许多用户感觉不习惯。鉴于这种情况本文设计开发了菜单式交互界面，既给子程序界面足够的设计空间，又与windows操作风格相统一，解决了用户的个性化要求。

通过菜单调用子VI也有两种方法。一种是添加事件结构，将触发事件设置为Menu Selection(App)，通过事件参数(事件框内左边的一列)Item Tag或者Item Path+Case structure来判断是单击了哪一个菜单项，然后在对应的Case内调用子VI。另一种方法是使用节点包：Functions→Dialog and User Interface→Menu下的Current VI's Menubar+Get Menu Selection获得选中的菜单项信息，同样是通过Case Structure来判断并处理，但该方法仅适用于User Menu的选择使用。本次程序系统就采用了后一种方法。程序中首先调用Current VI's Menubar获得当前程序菜单的参考号，然后通过Get Menu Selection获得选中的菜单项信息，并由CASE结构做出判断响应对应的操作。CASE结构中通过Invoke Node节点打开指定路径下的子程序面板，完成子程序调用。

4 结论

本文介绍了液压阻尼器动态性能试验台的总体结构，详细阐述了系统硬件的工作原理和基本特性以及软件平台的功能细节，并使用控制算法对系统进行了仿真试验，首次将LabVIEW结合伺服控制技术应用于阻尼器动态性能测试领域，充分发挥了虚拟仪器技术的优势，并将伺服控制技术有机结合起来，得到了良好的控制效果，为以后的工程应用提供了参考。

参考文献

[1]王均功.液压阻尼器研究.液压气动与密封,1998(1):15-21.

[2]张毅,周绍磊,杨秀霞.虚拟仪器技术分析与应用.北京:机械工业出版社,2004.

[3]李福义.液压技术与液压伺服系统.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,1995.

[4]上海第二工业大学液压教研室.液压传动与控制.上海:上海科学技术出版社,1990.

[5]秦旻.基于虚拟仪器的液压测试分析系统的研究与开发.长安大学硕士研究生毕业论文,2005.5:1-2.

[6]Parker Hannifin GmbH&Co.,KG Hydraulic Controls Division.Catalog,2005.

液压伺服阀 篇8

通常, 液压伺服系统应用在重载荷的情况下, 其液压泵的转速受系统和泄漏等方面的影响很难得到控制。而要得到精确的位移位置, 则大多采用电机系统代替液压系统, 不过电机系统本身的承载能力很小, 所以对液压系统的设计及控制与液压泵位移 (角位移) 之间的关系很重要。

1液压伺服系统

本文介绍的液压伺服驱动系统主要由液压比例调速阀、液压比例调压阀以及换向阀三个控制元件组成 (如图1) 。单片机控制器向液压伺服系统发出控制信号, 向电液比例压力阀4发出电流信号, 以电流的大小控制电液比例压力阀4输出压力的大小, 起到控制液压马达7输出扭矩的作用;根据单片机控制器接收到的反馈电压信号的变化率向电液比例调速阀9发出电流信号, 以电流的大小控制电液比例调速阀9输出流量的大小, 起到控制液压马达7转速的作用。控制电磁换向阀6的阀芯位置, 起到控制液压马达7转向和启停的作用。从而完成对液压伺服系统的控制。

1.溢流阀2.液压泵3.总压力表4.电液比例压力阀5.压力阀压力表6.电磁换向阀7.液压马达8.调速阀压力表9.电液比例调速阀10.电机11.滤油器12.油箱

2 AMESim软件介绍

AMESim是法国IMAGINE公司于1995年推出的专门用于液压/机械系统的建模、仿真及动力学分析的软件, 该软件包含了IMAGINE的专门技术并为工程设计提供交互能力。MESim为流体动力 (流体及气体) 、机械、热流体和控制系统提供一个完善、优越的仿真环境及最灵活的解决方案, 使用户能够借助其友好的、面向实际应用的方案, 研究任何元件或回路的动力学特性。还可以通过模型库的概念来实现, 而模型库可通过客户化来不断升级和改进。AMESim在航空航天工业汽车制造和传统液压行业等领域已得到了广泛的应用。

3 AMEsim仿真

根据液压伺服系统的原理图, 基于AMEsim仿真软件, 可得到如图2的仿真模型。

泵的转速1 450 r/min, 排量为10 m L/r;泵用电机转速1 400 r/min;溢流阀的调整压力为10 MPa;电液伺服阀各通路的流量为28.4 r/min, 阻尼比取0.7, 阀芯固有频率为135 Hz, 阀压降1 MPa;速度传感器的增益为0.01 r/min;信号放大器3的增益设置为0.01;信号放大器4的增益设置为40;马达的排量为27 r/min;负载的转动惯量为0.3;阶跃信号1设置为12, 则通过信号到力矩的转换, 就可以得到外加力矩12 N·m;将分段线性信号源2设置为在0~0.5 s内从0变化到400, 在0.5 s之后保持400不变;将分段线性信号源5设置为在0~0.5 s内从0变化到200, 在0.5 s之后保持200不变;其他参数设置为默认值。

仿真结果如图3所示, 仿真时间为6s, 即一个周期。

4结论

(1) 连接电磁换向阀的信号发生变化, 对液压油的流量也有一定的影响, 信号值给定越大, 油的流量也就越大, 因此应根据需要适当调节连接各个换向阀的分段线性信号。

(2) 由仿真结果可知, 系统对输入信号在可控范围内信号越大响应速度越快, 误差越小。对于电液伺服速度来说, 应该在保证误差的前提下, 尽量提高响应的快速性。

(3) 输入的线性阶跃信号的调整时间为0.5s, 0.5s后信号为恒定信号, 但系统没有立刻达到平衡状态, 说明液压系统有滞后现象, 所以时间参数要适当地设置。

(4) 电磁溢流阀在0.5s前调压是比例调压, 如果我们设定恰当的参数, 就可以按比例调系统压力。

摘要：设计了一种液压伺服系统, 并对此系统进行了AMESim仿真, 分析仿真结果, 得出该液压系统的性能指标, 为伺服液压系统的深入研究做了铺垫。