微机电液比例控制系统原理设计及分析

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[摘 要]本文详细探讨了压机微机电液比例控制系统原理设计的过程，实现了闭环控制，满足系统控制精度的要求。

[关键词]电液比例、闭环控制、工控机

中图分类号：TG315.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0095-01

[Abstract]It is explored detailedly the Principle design process of press Electro-hydraulic proportion control system in the paper ，and realized Closed cycle control，and content with the precision of control system..

[Key words]Electro-hydraulic proportional， Closed cycle control， Computer

1 概述

目前，国内外液压机的发展主要体现在控制方面，传统的开关控制和PLC控制方式越来越无法满足产品的精度要求和用户对控制系统界面的人性化要求。基于此，本系统采用工控机进行控制，通过接口器件（多功能工业板卡），同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制系统，以达到精确控制的目的。其中，液压系统采用电液比例控制系统，因其结合了电气和液压两方面的优点，控制性能好，传动能力大，并且便于计算机控制。

2 控制方案的选择分析

（1）液压控制系统的选择

随着微电子、智能化的发展，对液压机的性能如稳定性、加工效率、压制精度等有了更高的要求，而传统的开关控制已远远不能满足这种高性能的要求；伺服阀的响应速度和控制精度虽然都很高，但它价格太贵，对油液污染较敏感。故本系统采用电液比例控制系统，可实现较高的控制精度和较快的响应速度。该系统采用阀控缸系统，其控制精度和响应速度高，但效率稍低。

（2）控制方式的选择

控制系统分为开环控制和闭环控制，开环控制系统不具备抗干扰能力。大量的工程实践表明，在现有的技术条件下，开环控制的比例系统，其位置精度最高只能达到0.3mm，而本系统要求精度较高，故采用闭环控制系统。

由压力机的工作原理可知，压力机动作主要是升降的过程，所以系统是典型的位置控制系统。又因液压机在工作过程中压力的变化比较大，压力信号也应该是系统控制的一个量。

目前，工业上采用的绝大多数比例阀仍然是模拟信号控制的，这种控制方式分辨率较低，抗干扰能力稍差。随着计算机技术的发展，数字技术已经成熟，本系统采用工业控制机进行控制，可大大提高系统控制精度和动态品质。计算机和液压控制系统由电路作为连接的桥梁。

（3）选择编程软件和计算机硬件接口

编程的软件有很多，如VC++语言，VB等。VC++是Windows平台上的C++编程环境，学习VC要了解很多Windows平台的特性并且还要掌握MFC、ATL、COM等的知识，难度比较大。在工业控制领域内，越来越多的工控用户开始要求其界面的人性化，而VB恰恰能很好地满足这一要求，但是VB不具备直接对硬件I/O地址进行访问的能力，需要调用DLL函数实现对I/O口的访问和控制。

为此，本系统利用VB作为平台和数据管理，采用VC语言编制动态链接库DLL，利用在VB中调用DLL来克服系统输入输出接口操作的难题。

3 控制系统的原理设计

由以上分析可以绘制微机电液比例位置控制系统原理图如图1所示。其工作原理为：

（一） 初始化

打开电源，泵启动，给参数一个初始值。此时电磁铁1DT，4DT通电。系统的压力由泵旁远程端溢流阀调定，其值可以从表Ⅲ读出。当两个溢流阀得调定压力符合时，液压系统就可以通过换向阀的左位和右位分别得到和两种压力。

（二） 快速下行

此时给电磁铁2DT通电，并使得电压V2=a1V，压力油进入油缸上腔，通过V2的大小来控制活塞空行程，快速下行的速度为V2。此时顺序阀不工作。

（三） 慢速下行

当位移传器测到活塞杆下行在位移y=y1时，减小V2的电压，使得V2=a2V。此时活塞杆慢速下行，以避免速度过快带来冲击、噪声等。

（四） 加压（工进）

当压力传感器测得压力突然上升时，加大V2的电压，使得V2=a3V，给系统以足够的压力，使得活塞杆工进。

（五） 保压延时

当位移传感器测得活塞杆下行到位移y=y2时，程序通过DA控制电压V2=0V，此时系统保压。保压延时的时间由本软件控制实现（以上过程可以通过程序控制，实现循环）。

（六） 卸压

当保压延时时间t逝去后，开始卸压。卸压主要通过顺序阀和带卸荷阀的液控单向阀来实现，卸压过程中活塞杆静止不动。其过程如下：给电磁铁3DT通电，使得V3=b3，1DT和4DT断电。此时由于主缸上腔保压的压力油没有卸压，通过二位二通阀将顺序阀打开，泵输出的油液经顺序阀和节流阀回油箱。由于节流阀的节流作用，主缸下腔压力（可调至20bar）尚不足以使活塞回程，但能通过控制油路打开液控单向阀的卸荷阀芯，使上腔卸压。在卸压过程中，泵在低压状态下运转。当主缸上腔压力降至低于顺序阀的调定压力（一般调至20～40bar），顺序阀切断泵的低压循环，泵输出油液压力上升，通过控制油路打开液控单项阀的主阀芯，使主缸上腔回油路畅通，活塞回程。为了不使卸压过程中系统压力过大，此过程中使1DT断电，以降低系统的压力。

（七） 快速回程

当位移传感器测得活塞杆的位移y=y3时，使得1DT和4DT通电，加大3DT的电压，使活塞快速回程。

（八） 原位停止

当位移传感器测得活塞杆的位移y=y4时，使得3DT的电压V3=0V。此时活塞杆原位停止。

4、结论

本文基于电液比例技术和工业控制机控制方式的优点于一体，设计了微机电液比例控制系统对液压机进行位置控制，通过一系列仿真试验证明，该系统可以达到的位置控制精度为0.1mm，这对提高液压机的自动化程度和压制精度具有十分重要的理论价值和现实意义。

参考文献

[1] 潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术.北京：电子工业出版社，2004

[2] 路甬详，胡大 .电液比例控制技术 . ：机械工业出版社，1988

[3] 官忠范.液压传动系统.北京： 机械工业出版社，1981.