闭环比例控制技术详解

1.闭环电液比例控制系统的组成

闭环电液比例控制系统的组成如图1-3所示。

图1-3 闭环电液比例控制系统的组成

2.闭环电液比例控制原理

系统工作原理为反馈控制原理或偏差调节原理，这种控制系统通过负反馈控制，因而具有自动纠正偏差的能力，可获得相当高的控制精度。但系统存在稳定性的问题，而且高精度和稳定性的要求是矛盾的。

3.闭环电液比例控制系统的结构特点

1）电控制器（比例放大器）在闭环控制系统中，除了用于驱动和控制电液比例控制元件的电-机械转换器外，还承担着反馈检测元件的检测放大和校正系统的控制任务。因此，电控制器的功能直接影响系统信号的生成、信号的处理、前置放大、功率放大、测量放大、反馈校正、颤振信号发生及电源变换等基本组成单元。它包括电位器、阶跃函数发生器等、PID调节器、反相器、功率放大器、颤振信号发生器、或用可编程序控制器等，一般生产电液比例阀的厂家供应相应的比例放大器。比例放大器功率级输出的电流为几十毫安到数安（比伺服放大器的输出电流大）。

2）电液比例阀由电-机械转换器（比例电磁铁等）和液压阀两部分组成。由于比例电磁铁可以在不同的电流下（通常为几十到几千毫安，为了提高运行可靠性和输出力，还有采用大电流的趋势）得到不同的力（或行程），因此可以无级地改变压力、流量。故电-机械转换器是电液比例的关键元件。(www.xing528.com)

3）当采用比例阀或伺服比例阀构成闭环控制系统时，它与伺服系统在控制原理、设计内容、调试方法等方面没有区别。

4.几种闭环比例控制系统的一般分析方法

（1）闭环电液比例压力（力）控制系统 按反馈参数可分为压力控制系统和力控制系统。反馈量为压力的称为压力控制系统，反馈量是力的则称为力控制系统。两种系统的共同点都是通过调节比例压力元件的控制信号来改变系统的工作压力，达到控制的目的。闭环比例压力（力）控制系统与伺服阀控制的力控制系统是结构上、原理上完全不同的控制系统，因而不能直接应用伺服力控制系统的分析方法，为了对驱动力控制系统进行特性分析，需要建立它的动态特性方程组，常以单自由度的驱动力控制系统为例，求出它的动态方程组，该方法可以推广到其他类型的力控制系统中。

（2）闭环比例速度控制系统 比例元件中有很多元件可用于速度控制，且闭环比例阀和普通比例方向阀及伺服阀的不同之处是大的搭接量，而且还有多种中位机能（与普通换向阀极为相似）。所以使比例速度控制系统的分析变得复杂和形式更多，很难用一种模式对闭环速度系统加以概括。一般只能通过分析法求出系统数学模型后，利用计算机模拟分析。在闭环比例阀或某些情况下可利用或参照伺服系统的分析设计方法来进行。

（3）闭环比例位置控制系统 如果采用闭环比例阀来组成闭环位置控制系统，那么它的分析与设计方法就与用伺服阀时的完全一致。若用一般带死区的比例阀构成闭环系统时，其特性分析方法，按下列两种情况进行：

1）比例阀按比例环节考虑时的闭环位置控制系统。由于这种位置控制是在一个方向上进行的，控制无需通过零位，加入初始工作电流就使比例阀变成类似零开口的控制阀，因此这种控制方式可按成熟的线性理论来分析，可参照位置伺服系统的方法进行。

2）考虑比例阀的非线性影响。在双向位置闭环系统中，若不考虑比例方向阀的非线性影响时，其分析方法与上述单方向位置闭环系统相同。由于比例方向阀表现出来的死区特性较严重，虽然可以在比例放大器的设计中，加入起始阶跃电流减少比例方向阀非线性的影响，当其死区特性不能忽略时要采用非线性系统的分析方法来处理，其中采用描述函数分析法较为方便。