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电液运动控制---离散控制

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运动控制是为了执行一项有用的任务而同时控制速度、加速度和位置。这句话的关键概念是,所有三个变量----速度、加速度和位置都在控制之中。回顾一些基本的电液设计将有助于理解运动控制的概念。两个常规液压回路将用来说明这一点:离散或所谓的邦邦方向控制和比例开环控制,阅读电液运动控制---比例控制这篇文章可以了解开环比例控制。





                         图1恒压控制.png

左侧是恒压源的ISO符号,右侧是理想恒压源如何工作的表示。理想情况下,无论流量需求如何,压力都将保持不变。实际上,压力将随流量需求而波动。

 这两个回路将引导我们找到最终的解决方案:电液位置伺服机构。结果表明,当电液伺服系统设计得当,且控制系统适合该任务时,其结果是一个真正的运动控制系统,能够满足提高机器生产率和产品质量的不同目标,同时降低总体生产成本。

液压系统设计人员应在设计过程认识到,为控制阀提供恒压源最适合运动控制。图1显示了恒压源的ISO符号及其行为图。实际的恒压源如图2所示。它通常包括一个由大型蓄能器增强的压力补偿泵,以适应伺服阀或比例阀的突然流量需求,以及一个止回阀,以防止泵必须越过中心,以吸收可能被强制送回泵中的任何流量。

 2恒压变量泵输出特性.png

一个真实的恒压源包括一个压力补偿泵,蓄能器和止回阀。这不是一个理想的恒压源,根据部件的频率响应,压力高于或低于平均压力。

2还显示了传统压力补偿泵的压力-流量特性。在低压下,它表现为一个固定排量的泵,提供几乎恒定的流量,忽略内部泄漏。当压力达到拐点值pk时,泵的压力补偿装置起作用,排量随压力升高而自动减小。因此,在高于pk的压力下,压力补偿泵几乎充当恒压源。这台泵用闭心阀肯定是安全的,不会有超压的危险。

 

离散控制

在传统的电液控制系统中,图3,一个简单的电磁换向阀只能在三种离散状态下工作:居中(关闭),向右移动以沿一个方向流动或向左移动以沿相反方向流动。

3blob.png

简单的方向性或离散性阀门通过快速的加速和减速来移动负载,固有的机械冲击负荷和压力峰值会出现在这种液压系统中。这个回路并不完整,但说明了简单的方向控制的缺点。

    为了理解这些问题,假设图3中的限位开关LS1关闭,右边的螺线管通电,液压缸以供应压力和阀门流量系数确定的速度将负载向右移动。在某一时刻,负载碰到限位开关,使换向阀处于中心位置,从而阻塞所有端口,载荷会迅速减速,这取决于它的质量、液压缸的尺寸以及控制阀阀芯的移动速度。负荷实际停止之前,可以发生严重的冲击和振动,特别是如果负荷质量很大的时候。

在大的冲击事件中,机器组件经历高压力,可以缩短机器的寿命。非常高的压力峰值也会发生。这些压力峰值会使液压元件(包括液压缸,管路和密封件)承受过大的应力,导致过早泄漏和故障。外部振动会使整个机器移动,对管道施加机械应力,导致管件失效。在振动停止过程中,如果用力、压力或速度传感器检测,其输出可以显示在示波器记录仪器上,就可以测量振动的频率。有了录音振动频率可以测量。这个频率称为液体机械共振频率(HMRF),可以用几种方法中的任何一种来计算。

冲击振动是离散控制系统最大的缺点,而且停止位置的重复性差也是一个严重的缺点,在离散系统中,一些随机因素会导致最终停止位置发生相当大的变化,实际停车时间为以下因素的复函数:

•荷载的质量大小,

•阀门换向时间,

•阀门关闭的时间,

•阀门内部泄漏,

•液压缸内部泄漏,

•液压缸内的摩擦力和负载,

•流体粘度,

•使用数字控制器(PLC)扫描时间。

      交流螺线管产生阀门换挡时间,当开关发生时,受交流电力线内6050赫兹正弦波瞬间的影响。阀门换挡时间的随机变化至少为半个周期的时间(60赫兹系统为8.3 msec, 50赫兹系统为10 msec)。这增加了阀门换向时间的随机变化。载荷和液压缸摩擦也会产生随机变化。这些都受到系统温度的影响,就像流体的粘度一样,它对停止时间有自己的变化。如果使用数字控制器,停止时间的随机变化将至少等于一个完整的扫描间隔。数字控制器的速度越慢,变化越大,当对图3中的系统进行重复性测试时,实际的停止点在不同的测试中会有很大的差异。

 


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标签: 电液伺服
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