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1、放大器及检测反馈系统,流体控制工程,目录,?,概述,?,比例放大器介绍,?,伺服放大器介绍,?,放大器基本电路,?,典型应用,?,检测反馈系统,放大器是用来控制电液伺服阀和电液比例阀的电子装置。,按照被控元件是伺服阀还是比例阀，放大器可以分为伺服放大器或,比例放大器，两者之间有共同点也有区别。,放大器使用的电源有：,220V 50Hz,或,DC20-36V;,放大器的输入控制信号采用标准信号：,0-5V,，,0-10V,，,0-20mA;,放大器的输出信号为阀所匹配的电压或电流信号。,从放大器中传递的信号类型来分，有模拟式和数字式两种，目前使,用较多的是模拟式，即放大器中传递、运算的信号均为模
2、拟信号。,伺服放大器和比例放大器具有相同的基本电路结构，都由输入电路、,调节电路、功率放大电路和颤振电路组成。,目前使用较多的放大器有板式和集成式两种。板式放大器控制性能好，参,数调节方便，但需安装在机箱中,；集成式放大器与阀做成一体，结构,紧凑，但参数调节困难，大多数参数在阀出厂时已调整设定完毕，,用户无法更改。,概述,比例放大器一般用于控制电液比例阀，它可根据控制要求，为电液比,例阀提供特定性能要求的控制电流，并可对电液比例阀或电液比,例控制系统进行开环或闭环控制。,对比例放大器的基本要求是,:,1.,具有较好的输出,/,输入线性增益；,2.,具有良好的稳态控制性能；,3.,动态响应快，频
3、带宽；,4.,抗干扰能力强，有较好的稳定性和可靠性；,5.,最好具有死区补偿功能。,比例放大器介绍,一个传统的电磁阀被认为是一个简单的开关阀。它可以由,简单电流通断的开关设备来控制。,比例阀是由一个可以成比例变化的开关电设备,控制的（类似调光灯的开关）。,通过改变其中一个电磁铁的电流，阀芯移动的,位移能够被改变，因此控制了通过阀的流量。,比例电磁铁原理,通过比例阀线圈的电流需,要根据控制需要而调整，,不仅仅是开关式的通断。,比例阀电磁铁的结构与开,关式电磁铁是相似的。,电磁铁包括,:,-,线圈,(A),-,框架,(B),-,电枢,(C),-,电极片,(D),-,顶针,(E),电枢被,包在一个芯
4、轴管（,F,）中。,(,同时全部的总成,经常被压进一个树脂塑料,的外罩（,G,）中）,A,B,C,D,F,G,E,1),电流生成一个磁场，,磁场主要集中在金属框,架、电机片和电枢中,2),然而在磁回路的电机,片和电枢之间有一个间,隙，于是产生一个力，,其作用是关闭这个间隙,以完成这个磁回路。,当电流流过线圈时,3),顶针连接着电磁铁和阀芯，,通常移动阀芯压缩弹簧。,4),电磁铁产生的力的大小由磁,场强度决定，磁场强度与通过线,圈的电流成比例,5,）增大线圈电流将加大电,磁的力，因此推动阀芯压缩,弹簧产生一个更大的位移。,F,I,F,I,电磁铁被设计成电磁力,(F),与线圈电流,(I),成线性比
5、例,关系。这意味着电磁力仅,与线圈电流有关。,比例阀阀芯特点,比例阀与开关电磁阀之间的另一个区别是阀芯的设计。,S,S,Q,Q,1),对于开关阀，阀芯被,设计为：当阀得电时，,将压降最小化。,2),这意味着，要控制小,流量，对阀开口要求非,常小，这很困难。,S,1),比例阀阀芯具有比较,宽的、边缘带有槽口的,台肩。,S,Q,S,S,Q,2),因此尽管通过阀的最大流量,被减少了（与开关阀对照）但小,流量特别容易控制，阀的开口更,有规则。,S,S,Q,依据控制的最大流量，阀芯的,形状、台肩大小或阀芯槽口的,大小均不同。,比例放大器示例,1),比例放大器可以用来控制流量，也可以用来控制压力。下图比例
6、电磁铁通过一,个弹簧压缩阀座推动一个锥阀芯。电磁力越大，推开锥阀芯打开阀的压力要求越,大。,2),这是一个直动式溢流阀，多,数此类阀只能允许小流量通过。,要通过较大流量，则需要更大推,力的比例电磁铁。,3),为控制更大,的流量，则可以,将直动式比例溢,流阀作两级溢流,阀（或减压阀）,的先导级。这样,可以降低对比例,放大器和电磁铁,的要求。,比例放大器用法,提供给比例阀电磁铁的电流需要被调节，不像应用常规阀时仅有开关,通电或断电那样简单。在理论上可以通过使用一个可变电阻来完成，,实际上由于发热和漂移，可变电阻不能这样直接应用。,24 V DC,一般地，通过比例阀电磁铁的电流由一电子放大器控制。简
7、单说，放大器要求由一,个电源和一个命令输入信号组成。,24 V DC,放大器的输出（电流）由输入信号控制，所有输入信号为零，电流输出也是零。,24 V DC,增加放大器的输入信号会使输出到阀电磁铁的电流相应的增加。,24 V DC,24 V DC,24 V DC,一个相对较大的阀电磁铁输入电流（通常,2,到,3,安培）是由电源提供的，所有输入装置的电流要求非常小（一,般仅有几毫安），因此输入控制装置可以是一个简单的电位计。,24 V DC,在行走应用中，输入装置可以是一个操作杆型的电位计。,24 V DC,在越来越多的应用中，输入信号可以由控制器产生（例如，一个,PLC,可编程控制器），可以,
8、直接输入到阀放大器以产生适当的电流。,伺服放大器介绍,?,伺服放大器一般用于控制电液伺服阀，它将输入指令信号同系统反馈,信号进行比较，并将比较后的偏差信号加以运算和放大，输出一个与,偏差电压信号成一定函数关系的控制电流，进入到伺服阀的力（矩）,马达绕组中。,?,对伺服放大器的基本要求是,:,1.,具有为调整系统开环增益所需要的电流放大系数,(,毫安,/,伏,),。,2.,具有足够的输出功率。,3.,输出特性应具有饱和,(,限幅,),特性，以便出现偶然大偏差信号时，,将输出给伺服阀的电流限制在允许的范围内，起保护伺服阀的作用。,4.,零点漂移小，线性度好。放大倍数越高要求零漂越小。直流放大,器的
9、主要矛盾是要求放大倍数很高而漂移又很小，放大器的类型和线,路都是为着减少漂移而出现的。,5.,良好的频率特性。,6.,具有较高的输入,/,输出线形增益，调零和增益调整方便，线路可靠,等。,伺服放大器和比例放大器具有相同的基本电路结构，都由输入电,路、调节电路、功率放大电路和颤振电路组成。,放大器主要基本电路,输入电路,电压调节电路,为了获得较好的输出信号品质，需要各种电压调节电路对输入,信号进行处理，使阀或系统具有较好的动态控制性能和工作稳定性。,功率放大电路,颤振电路,除了以上电路外，放大器中还有测量放大电路、阶跃信号和斜坡信号电路、,电源电路等基本电路和一些特殊功能电路，如显示电路、报警电
10、路等。,测量放大电路,系统中的位移、压力等实际输出参数需经各种传感器检,测并反馈至放大器的输入端，形成系统的闭环反馈控制，这时传感器的检,测信号往往不能直接引用，需用测量放大电路将检测到的信号进行相应的,处理放大。,斜坡信号电路,将输入的阶跃信号变化为一个缓慢上升或缓慢下降的连,续信号，信号的变化速率一般可通过电位器进行调节。,电源电路,为放大器的正常工作提供能源，作用是从标准电源中获得当,大器正常工作所需的各种直流稳定电源，当电网电压、负载电流等发生小,幅变化时，保证输出电流电源的稳定性。同时电源电路还有过流、短路、,电压极性反接等自动保护功能。,报警电路,用于指示放大器在工作中出现的各种可
11、能错误。如电源电压,异常、过载、输入信号超出范围、传感器检测信号出错等。,典型应用,号由端口,13,、,15,接至电液伺服阀。要注意的是根据不同型号伺服阀的额定电,流值选择不同的输出电流量程，如图中的伺服阀的额定电流是,100mA,。接线无,误后可通过电位器的调节来获得伺服阀和伺服系统的最佳工作状态。,威格士的比例放大器如图,12,所示。该放大器有,5,个电压信号输入端和,1,个电流信号输入端，具,有斜坡信号调节工程、死区补偿调节、阀芯位移反馈检测控制等功能。该放大器为带反馈控制型，,可用于控制带阀内传感器的比例方向阀。,?,流体控制系统常用传感器有：安装在管路,中的油压传感器、流量传感器；安装在负,载上的承重传感器、转速测量仪、编码器、,旋转变压器、位移传感器等。,?,反馈系统通常闭环负反馈系统，调节原理,遵循自动控制理论。,?,在系统的传递函数及各环节参数确定后可,以用,matlab,等软件进行系统仿真。,检测反馈系统,
