液壓系統(tǒng)功率控制的案例
負(fù)載敏感控制技術(shù)在TBM液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用
液壓技術(shù)是基于帕斯卡定律（Pascal Law），以有壓流體（壓力油）為介質(zhì)，來實現(xiàn)能量傳遞和自動控制的一種應(yīng)用技術(shù)。液壓傳動傳遞動力大，運動平穩(wěn)。液壓技術(shù)可應(yīng)用在需要傳遞高功率及負(fù)載運動需要精確控制的場合。
對于液壓系統(tǒng)來說，壓力和流量是兩個基本參數(shù)。液壓系統(tǒng)的壓力是由負(fù)載來確定的，而流量是系統(tǒng)重點要控制的變量。流量與壓力的乘積為功率。因此，對該兩變量進(jìn)行控制，關(guān)系到系統(tǒng)的功率利用率問題。
論文將以負(fù)載敏感控制技術(shù)為依據(jù)，論述液壓系統(tǒng)功率效率及控制問題。并以WIRTH TB880E隧道掘進(jìn)機中液壓系統(tǒng)作為應(yīng)用實例，加以說明。
1負(fù)載敏感技術(shù)的原理
負(fù)載敏感技術(shù)，簡言之，就是將負(fù)載需要的壓力、流量與泵的壓力、流量相匹配以最大限度地提高系統(tǒng)效率的技術(shù)。要提高系統(tǒng)效率，一方面，需要將負(fù)載的壓力與泵的輸出壓力相適應(yīng)；另一方面，泵的輸出流量正好滿足負(fù)載運動速度的需要。此外，還需要實現(xiàn)待機狀態(tài)的低功耗。
如圖1所示，實現(xiàn)負(fù)載敏感控制的系統(tǒng)由下列元件組成：負(fù)載敏感變量柱塞泵1，速度調(diào)節(jié)元件（節(jié)流閥）2，壓力傳感元件（梭閥）3。
在柱塞泵1上有壓差控制閥4和壓力控制閥5。壓力控制閥用來限定泵的最高工作壓力Pmax。負(fù)載的驅(qū)動壓力Pl，通過梭閥3反饋到泵的控制口X，壓差控制閥4用來設(shè)定泵的出口與執(zhí)行元件（油缸）進(jìn)油口之間的壓差△P。從而，執(zhí)行元件的運動速度取決于節(jié)流閥2的開度(節(jié)流閥的流量關(guān)系式確定Q=f（A, △P）)。即在此系統(tǒng)中，節(jié)流閥和壓差控制閥共同組成了一個調(diào)速閥。
只要Pl≤Pmax-△P,無論負(fù)載怎么變化，泵提供的流量能始終與負(fù)載的要求相適應(yīng)，而泵的輸出壓力為Pl+△P。
這樣液壓系統(tǒng)的效率（不計入泵的效率及執(zhí)行元件的效率）為Pl/(Pl+△P)。
當(dāng)系統(tǒng)未工作，處于待機狀態(tài)時，負(fù)載壓力Pl=0，系統(tǒng)的待機功率損耗為△PQp 。
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液壓技術(shù)是基于帕斯卡定律（Pascal Law），以有壓流體（壓力油）為介質(zhì)，來實現(xiàn)能量傳遞和自動控制的一種應(yīng)用技術(shù)。液壓傳動傳遞動力大，運動平穩(wěn)。液壓技術(shù)可應(yīng)用在需要傳遞高功率及負(fù)載運動需要精確控制的場合。
對于液壓系統(tǒng)來說，壓力和流量是兩個基本參數(shù)。液壓系統(tǒng)的壓力是由負(fù)載來確定的，而流量是系統(tǒng)重點要控制的變量。流量與壓力的乘積為功率。因此，對該兩變量進(jìn)行控制，關(guān)系到系統(tǒng)的功率利用率問題。
論文將以負(fù)載敏感控制技術(shù)為依據(jù)，論述液壓系統(tǒng)功率效率及控制問題。并以WIRTH TB880E隧道掘進(jìn)機中液壓系統(tǒng)作為應(yīng)用實例，加以說明。
1負(fù)載敏感技術(shù)的原理
負(fù)載敏感技術(shù)，簡言之，就是將負(fù)載需要的壓力、流量與泵的壓力、流量相匹配以最大限度地提高系統(tǒng)效率的技術(shù)。要提高系統(tǒng)效率，一方面，需要將負(fù)載的壓力與泵的輸出壓力相適應(yīng)；另一方面，泵的輸出流量正好滿足負(fù)載運動速度的需要。此外，還需要實現(xiàn)待機狀態(tài)的低功耗。
如圖1所示，實現(xiàn)負(fù)載敏感控制的系統(tǒng)由下列元件組成：負(fù)載敏感變量柱塞泵1，速度調(diào)節(jié)元件（節(jié)流閥）2，壓力傳感元件（梭閥）3。
在柱塞泵1上有壓差控制閥4和壓力控制閥5。壓力控制閥用來限定泵的最高工作壓力Pmax。負(fù)載的驅(qū)動壓力Pl，通過梭閥3反饋到泵的控制口X，壓差控制閥4用來設(shè)定泵的出口與執(zhí)行元件（油缸）進(jìn)油口之間的壓差△P。從而，執(zhí)行元件的運動速度取決于節(jié)流閥2的開度(節(jié)流閥的流量關(guān)系式確定Q=f（A, △P）)。即在此系統(tǒng)中，節(jié)流閥和壓差控制閥共同組成了一個調(diào)速閥。
只要Pl≤Pmax-△P,無論負(fù)載怎么變化，泵提供的流量能始終與負(fù)載的要求相適應(yīng)，而泵的輸出壓力為Pl+△P。
這樣液壓系統(tǒng)的效率（不計入泵的效率及執(zhí)行元件的效率）為Pl/(Pl+△P)。
當(dāng)系統(tǒng)未工作，處于待機狀態(tài)時，負(fù)載壓力Pl=0，系統(tǒng)的待機功率損耗為△PQp 。
展開 負(fù)流量控制和正流量控制液壓系統(tǒng)（轉(zhuǎn)自液壓草根）
負(fù)流量控制常按規(guī)多路閥中開(旁通)，節(jié)流調(diào)速的定量泵系統(tǒng)由于有多余的流量旁通回油箱而造成功率損失見圖（a）。如果設(shè)法減少旁通回油流量，則功率損失會大大減少，這就是負(fù)流量控制的設(shè)計思想，為此，需要在中開旁通回油路上設(shè)置一個節(jié)流孔作為流量檢測裝置，檢測出該節(jié)流孔上游的壓力，根據(jù)所檢測到的這個壓力，以流經(jīng)這里的旁通流量最小為目標(biāo)，控制變量泵排量，從而使旁通節(jié)流損失最小見圖(b)。
當(dāng)通過節(jié)流孔的旁通流量增大，由于流體通過節(jié)流孔阻力增加，泵控制壓力將升高，在這種情況下，減小泵排量。因此負(fù)流量控制即是控制壓力與排量成反比，控制壓力信號增大，使變量泵的排量減小見圖（c）。
正流量控制負(fù)流量控制和正流量控制都屬于中開系統(tǒng)，但相對負(fù)流量控制當(dāng)控制壓力信號增大，變量泵的排量減小而言，正流量控制則是當(dāng)控制壓力信號增大，變量泵的排量也增大(見圖d)。通常正流量控制系統(tǒng)中先導(dǎo)操作手柄輸出的信號壓力，既用來操縱執(zhí)行器控制閥，又用來控制泵排量，基于正流量控制系統(tǒng)泵的排量與先導(dǎo)操作手柄輸出的壓力信號成正比這一特點，液壓系統(tǒng)主控制器根據(jù)先導(dǎo)壓力信號及其變化趨勢，判斷執(zhí)行器的流量需求及其變化趨勢，并據(jù)此對泵排量實施調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的流量供應(yīng)能夠動態(tài)跟蹤執(zhí)行器的流量需求，基本實現(xiàn)系統(tǒng)流量的實時匹配。
展開 液壓系統(tǒng)增壓回路的應(yīng)用與設(shè)計（轉(zhuǎn)自液壓傳動與控制）
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增壓回路用在一些特殊需求的場合如夾緊裝置等，提供高于系統(tǒng)（一次回路）壓力的二次回路壓力，減少輔助動力單元，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效化。根據(jù)不同的產(chǎn)品，增壓比是不一樣的，需要在設(shè)計選型的時候根據(jù)機械實際應(yīng)用工況加以確定。
介紹兩種增壓器產(chǎn)品及其回路。
Parker增壓器SD500（建議選配底部安裝的先導(dǎo)式單向閥H06）
在下圖的設(shè)計中，NG06的電磁換向閥用以提供來自系統(tǒng)的工作壓力。先導(dǎo)式單向閥（藍(lán)色部分）的A口接執(zhí)行器，其壓力由增壓器（紅色部分）產(chǎn)生。先導(dǎo)式單向閥與增壓器是獨立的元件，其疊加在增壓器的下面，用以快速補油及泄壓。
電磁閥失電如圖示狀態(tài)，如果P口繼續(xù)通高壓油，則先導(dǎo)式單向閥打開，A口壓力泄壓，增壓器4個單向閥也處于失壓狀態(tài)，執(zhí)行器則處于松開狀態(tài)；如果P口無系統(tǒng)壓力，先導(dǎo)式單向閥無法打開，A口實現(xiàn)保壓，執(zhí)行器一直處于抱緊狀態(tài)。
如果電磁閥得電處于右位，T口泄壓。P口壓力經(jīng)過增壓器內(nèi)置的方向滑閥（兩位四通）和帶有增壓比的控制活塞，使A口產(chǎn)生增壓效果。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因，方向滑閥在平行位與交叉位之間來回自動切換，最終確保實現(xiàn)所需的增壓壓力。
Scanwill增壓器
同樣，該增壓器包含了增壓功能以及泄壓功能，但是兩個功能能集成在一起了。提供各種安裝方式，如管式，板式，法蘭式以及疊加式等。
液壓油進(jìn)入增壓器P口，T口接回油箱。
系統(tǒng)建壓過程中，液壓油通過CV1和CV2，同時通過液控單向閥POV，兩路直達(dá)HP端，確保快速供油到系統(tǒng)。
當(dāng)P口壓力逐步建立的過程中，增壓器主活塞也開始運動，并連續(xù)不斷將油壓入系統(tǒng)。
展開 
如何控制液壓系統(tǒng)清潔度（轉(zhuǎn)自液壓那些事）
點
詳細(xì)剖析-挖掘機液壓泵及其控制系統(tǒng)（轉(zhuǎn)自新液壓）
詳細(xì)剖析-挖掘機液壓泵及其控制系統(tǒng)（轉(zhuǎn)自新液壓）
頻率響應(yīng)對液壓伺服系統(tǒng)的重要性（轉(zhuǎn)自液壓傳動與控制）
90°相位滯后頻率的最重要特征是，它使我們能夠?qū)㈤y頻率與液壓機械共振頻率進(jìn)行比較，液壓共振頻率是由于流體的可壓縮性（液壓電容或柔量）與執(zhí)行器負(fù)載質(zhì)量相互作用而產(chǎn)生的共振。
一些背景
在奈奎斯特（Nyquist）的開創(chuàng)性論文中，他將正弦分析的思想應(yīng)用到了動態(tài)系統(tǒng)中，但是在當(dāng)時非常受其它影響的情況下，他以非常神秘的數(shù)學(xué)術(shù)語將其應(yīng)用。九年后，Bode發(fā)表了同樣重要的論文。他教我們，通過以分貝表示正弦頻率響應(yīng)的幅值，將一個設(shè)備（例如閥）的幅值和相位響應(yīng)與另一設(shè)備（例如負(fù)載和執(zhí)行器子系統(tǒng)）的幅值和相位響應(yīng)相加就變得很簡單。在那時，當(dāng)選擇計算輔助成為計算規(guī)則時，確實如此受歡迎。盡管計算機發(fā)生了革命性的變化，并且計算機執(zhí)行復(fù)雜的計算非常容易，但是眾所周知的Bode圖仍然是系統(tǒng)設(shè)計人員最喜歡的工具。
Bode和Nyquist（都是貝爾實驗室的研究工程師）對確定為什么某些音頻放大器會突然振蕩而另一些音頻放大器不會突然振蕩的想法很感興趣。如今，運動控制和反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計人員仍在為機器的振動問題而苦苦掙扎。如果繼續(xù)下去，這種振蕩可能是自毀的。頻率響應(yīng)方法使我們能夠合理估計將產(chǎn)生穩(wěn)定的，無振蕩的伺服機構(gòu)的電子調(diào)諧極限。
博德的方法要求我們測試和研究開環(huán)系統(tǒng)，然后使用分析技術(shù)詢問“假如是”閉環(huán)會如何。例如，可以在開環(huán)配置中測試完整的位置伺服機構(gòu)（圖3），以找到使系統(tǒng)不穩(wěn)定的必要條件。請注意，我們不是使用正弦測試數(shù)據(jù)（頻率響應(yīng)特性）來確定系統(tǒng)在正弦輸入下的性能，而是在系統(tǒng)振蕩之前可以獲得多少伺服環(huán)路增益。這就是頻率響應(yīng)方法的精妙之處。
圖3.左側(cè)的開關(guān)允許在開環(huán)配置下測試該閉環(huán)電液系統(tǒng)，以確定引起不穩(wěn)定的頻率響應(yīng)特性。然后，該系統(tǒng)可以以減少到引起振蕩的增益的一半左右的增益進(jìn)行操作。
為了說明這一點，請考慮圖3的系統(tǒng)。
展開 液壓系統(tǒng)設(shè)計工程師是如何選擇過濾器的（轉(zhuǎn)自 液壓傳動與控制）
選用原則：過濾精度一般考慮10~20μm（伺服系統(tǒng)建議考慮10μm），初始壓差低于0.4bar，報警壓差2bar，經(jīng)過旁通單向閥的壓差3bar。
循環(huán)過濾器
循環(huán)過濾器一般獨立于主泵運行，且連續(xù)運轉(zhuǎn)的。通常循環(huán)泵1小時內(nèi)需要保證把油箱里的油液循環(huán)3~5次，因此循環(huán)過濾器納污效率較高，可以較好的保證系統(tǒng)過濾的精度。
一般可以停機或者在線更換濾芯（如果是雙筒過濾器的話）。
有些情況下，設(shè)計備用接口，循環(huán)過濾器作為加油過濾器使用。
選用原則：過濾精度一般考慮5~10μm（伺服系統(tǒng)建議考慮5μm），初始壓差低于0.2（不高于0.4）bar，報警壓差2bar，經(jīng)過旁通單向閥的壓差3bar。
空氣濾清器
空氣濾清器用以過濾進(jìn)入油箱的空氣。
選用原則：過濾精度一般考慮在10~40μm，空氣流量為泵流量的4~10倍。
簡而言之，過濾器的選擇需要綜合考慮如下因素。
應(yīng)用場合：什么行業(yè)的
安裝位置：在液壓系統(tǒng)的哪個位置
元件敏感度：液壓傳動系統(tǒng)或者液壓伺服系統(tǒng)
過濾精度：與安裝位置，系統(tǒng)過濾精度要求，成本控制等有關(guān)
介質(zhì)類型
油液黏度：影響壓差計算
工作溫度：影響?zhàn)ざ?工作壓力：低壓還是高壓
體積流量：既要保證壓差，又要控制成本
是否需要旁通單向閥
發(fā)訊裝置
初始壓差：期望初始壓差，與較多因素有關(guān)
劃重點來了
初始壓差的選擇和計算是系統(tǒng)工程師必須考慮的問題。過濾器的總壓差包含兩部分：殼體壓差和濾芯壓差。
△P總=△P殼體+△P濾芯
在樣本上查看曲線時，其壓降的測試條件與油液密度和黏度有關(guān)，實際應(yīng)用時必須考慮其轉(zhuǎn)換系數(shù)。
展開 液壓系統(tǒng)油液污染度等級標(biāo)準(zhǔn)及污染控制（轉(zhuǎn)自液壓那些事）
因此，對新油的污染控制必須采取有效的管理措施。液壓油購進(jìn)后，對其清潔度和主要理化性能應(yīng)進(jìn)行檢測。對清潔度不符合要求的新油，在使用前必須進(jìn)行過濾凈化。
⑵液壓系統(tǒng)的污染控制
①減少系統(tǒng)殘留的污染物
裝配液壓系統(tǒng)前要認(rèn)真清洗元件和管路，在投入使用前，必須對系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)沖洗，徹底清除系統(tǒng)中殘留的雜質(zhì)。
②防止污染物侵入系統(tǒng)
油箱要合理密封并加裝空氣濾清器以防止污垢通過油箱侵入系統(tǒng)，加油時必須按規(guī)定進(jìn)行過濾，在維修時要嚴(yán)格執(zhí)行清潔操作規(guī)程。
③清除系統(tǒng)中污染物
正確選擇、使用和維護(hù)過濾器，根據(jù)使用情況定期檢查、清洗或者更換濾芯，定期清理油箱。
④控制新生污染物
嚴(yán)格執(zhí)行工作油液使用、維護(hù)規(guī)程，特別要注意控制系統(tǒng)的溫升。
點
展開 綜述電液伺服運動控制系統(tǒng)的計算（轉(zhuǎn)自液壓傳動與控制）
然而，在液壓運動控制系統(tǒng)，H.E. Merritt很自信的解釋他的結(jié)論：大多數(shù)液壓控制閥表現(xiàn)得像銳邊節(jié)流孔。并且，壓力和流量的關(guān)系可以采用如下簡單的公式來闡述：
Q = 100 × AQ(P1 – P2)?
此處
100是一個常數(shù)，lb-in.-sec,
AQ是過流面積（由閥的控制節(jié)流邊決定，為流道實際的幾何過流斷面面積）， in.2,
P1 – P2 是通過控制節(jié)流邊的壓差（P1必須大于P2）
Q是由上述參數(shù)計算得到的流量， in.3/sec.
為了正確的計算伺服閥或比例閥，我建議在上面的公式采用一個簡單的替代，即引入閥系數(shù)KV：
KV= 100 × AQ
此種關(guān)系只是一種近似的計算，但是無數(shù)的閥制造商接受的觀點是：經(jīng)過一個典型的控制閥的流量與壓降的平方根有關(guān)。因此，我提出了一個定義，使得閥的選型和選擇更加具有可預(yù)見性。根據(jù)經(jīng)驗定義KV并應(yīng)用于閥，這樣就可以進(jìn)行測試了，而無需設(shè)計一個新閥：
KV= Qr ÷ (?PQr)1/2
在此處
KV是節(jié)流孔流量系數(shù)， (in.3/sec) ÷ (?P)1/2
Qr是經(jīng)過實際測試驗證的節(jié)流孔額定流量，此處閥工作在額定壓降，in.3/sec
PQr經(jīng)過節(jié)流孔的額定壓差
流量壓降在閥的額定壓力和用于決定或者驗證閥額定流量的壓降之間是不同的。對于伺服閥的情況，如果你確定閥總的流量系數(shù)，則流量的額定壓差就是1000psi（7MPa）。
如果你只是考慮其中一個控制節(jié)流邊，閥芯只考慮一個方向移動，則流量額定壓降就是總壓降的1/2或者500psi（3.5MPa）。對于比例閥，整個閥的流量額定壓降是145psi（1MPa），單邊考慮的話就是72.5psi（0.5MPa），即只考慮兩個節(jié)流邊的其中一邊。
這種方法消除了一些高壓降閥所帶來的困擾。
展開 圖文介紹如何讀懂液壓系統(tǒng)原理圖（下）（轉(zhuǎn)自 液壓傳動與控制）
接上篇繼續(xù)：
B: 包括控制單元和執(zhí)行單元。
控制單元與油泵動力單元可隔得很近，也可能很遠(yuǎn)，取決于實際現(xiàn)場工況，因此中間需要考慮管路連接。而控制單元與執(zhí)行單元的連接比較多種多樣，有控制單元獨立的，與執(zhí)行單元采用管路連接；有控制單元集成在執(zhí)行單元的，如帶液壓缸旁塊的油缸、馬達(dá)或者伺服閥控制系統(tǒng)。
一個完整的控制單元與執(zhí)行單元示意如下。
B.1 控制單元
根據(jù)其功能，主要分為四大類：截止閥、方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥。
備注：下面的兩張截圖均來自力士樂英/中樣本。關(guān)于壓力控制閥的翻譯是不正確的。因此大家在看力士樂中文版樣本的時候，會經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)一些翻譯錯誤或值得商榷的地方，因此不要迷信！
由各種功能閥組成的典型液壓系統(tǒng)示意如下。
二通插裝閥，或叫邏輯閥被單列出來，是因為安裝方式不同，屬于滑入式插裝閥系列，而前面屬于板式安裝或螺紋式安裝。但是，二通插裝閥閥芯與蓋板可以實現(xiàn)不同的組合，從而可以實現(xiàn)不同的功能，如方向、壓力、流量等方面的控制，其主要用在大流量場合。
如下所示就是閥芯與蓋板實現(xiàn)方向和流量控制的一些示例。
B.1.1 截止閥
截止閥主要指單向閥、液控單向閥和平衡閥（平衡閥也可歸屬于壓力控制閥）。
單向閥主要用于控制液體的單向流動，防止倒流，如經(jīng)常在泵出口、在回油管T上都會考慮單向閥。
液控單向閥也是大家常說的液壓鎖，參見原理圖所示。左邊的屬于外控外泄，板式或者螺紋式安裝，右邊的屬于內(nèi)控內(nèi)泄，疊加式安裝。液壓鎖的功能就是當(dāng)所有電磁閥失電的時候，液壓鎖把油缸里面的油封死實現(xiàn)保壓，確保設(shè)備靜止不動以及安全。平衡閥的功能除了可以實現(xiàn)上述功能之外，還可以平衡負(fù)載，特別是垂直工況，有了平衡閥，負(fù)載就不會快速下滑。
展開 
關(guān)于液壓同步回路，系統(tǒng)設(shè)計工程師有哪些選擇？（轉(zhuǎn)自液壓傳動與控制）
圖中液壓回路中安裝的各類閥具有以下一些功能:溢流閥1的目的是防止在液壓缸出口由于壓力過大而產(chǎn)生過高壓力。因此即使回路中只有一只液壓缸已經(jīng)提前完成了整個行程，其它的液壓缸仍然可以正常完成其工作行程。單向閥2和3的作用 是保證分流馬達(dá)的每腔分配室都能維持一個大約4bar的最小壓力。
保證系統(tǒng)最小壓力是非常重要的。當(dāng)其中一只液壓缸已經(jīng)完成其全部工作行程時，分流馬達(dá)仍然在為其余速度較慢的液壓缸工作。這時，系統(tǒng)的最小壓力就保證了管路相通的速度較快的液壓缸不會發(fā)生吸空現(xiàn)象。
優(yōu)點：分流馬達(dá)可以實現(xiàn)多個油缸（部分產(chǎn)品可以達(dá)12個油缸）同步，根據(jù)不同馬達(dá)類型和不同供應(yīng)商產(chǎn)品制造工藝，同步精度在0.5~5%之間，同步效果不錯。
缺點：具有較高同步精度的分流馬達(dá)如柱塞式分流馬達(dá)較貴，而且同步效果受油液黏度、流量水平、負(fù)載均衡程度等的影響。如果多個油缸在運行過程中的負(fù)載很不均衡，不推薦采用分流馬達(dá)同步回路，因為其不具有自動補償功能。
4. 由調(diào)速閥+節(jié)流閥（阻尼）補償+位移傳感器等構(gòu)成的回路
圖示為采用調(diào)速閥+節(jié)流閥（阻尼）+位移傳感器的原理參考。在該設(shè)計中，一個主電磁換向閥之后是四個調(diào)速閥，分別控制四個油缸的升降。但是由于負(fù)載的不均衡，或者無法確保四個調(diào)速閥完全調(diào)的一致，油缸的位移在運行過程中會有偏差，如果偏差超出可接受值，這時候可以通過每個油缸獨立的“電磁閥+液壓鎖+阻尼”回路對此進(jìn)行補償，補償是屬于微調(diào)的流量，具體什么時候該補償，補償多少，需要結(jié)合油缸上位移傳感器的數(shù)值通過編程實現(xiàn)。
優(yōu)點：每個油缸可以單獨調(diào)節(jié)，與位移傳感器組合實現(xiàn)閉環(huán)控制，實現(xiàn)自動補償，控制精度較高，不受偏載影響。
缺點：系統(tǒng)設(shè)計略復(fù)雜，需要用到位移傳感器，對電氣控制要求更多了。
5.
展開 關(guān)于比例與伺服液壓系統(tǒng)的一些設(shè)計指導(dǎo)意見（轉(zhuǎn)自液壓傳動與控制）
金屬制造工業(yè)的制造商們面臨著這樣一個問題，就是伺服系統(tǒng)沒有達(dá)到設(shè)計的性能要求。液壓仿真認(rèn)為油缸沒有提供足夠的力控制更大的負(fù)載，數(shù)學(xué)模型建議采用更大規(guī)格尺寸的油缸，并安裝適合的更大規(guī)格的液壓閥。
圖形分析也顯示，小尺寸的油缸是如何不能提供足夠的力，使大型負(fù)載加快減速。更小尺寸的油缸在油缸端蓋排油（壓力降為零），而有桿腔端壓力超出了系統(tǒng)壓力。系統(tǒng)無法控制，因為活塞桿端的油液流至供油單元，實際上使得減速降低。
大規(guī)格的油缸可以以同一速率加速負(fù)載，但是其更大的活塞面積意味著壓力改變不會太大。整個循環(huán)周期里油缸壓力基本處于壓力范圍的中間，為保證良好控制，經(jīng)過活塞的壓力損失很大。
提高油缸直徑也就是提高系統(tǒng)的自然頻率（剛度），讓運動控制器可以處理更快的加速和減速控制。當(dāng)正確調(diào)試的時候，就會提高系統(tǒng)性能。然而需要記住的是，更大的油缸需要更大的閥和更多的油。過大的油缸成本會更高，并且更大的閥響應(yīng)會更慢，在某些情況，提高閥的規(guī)格尺寸并不能提高系統(tǒng)的響應(yīng)。
展開 如何計算伺服位置控制系統(tǒng)允許的回路增益（ 液壓傳動與控制）
Burton
譯者：騰益登
利用液壓伺服控制理論，大多數(shù)的液壓從業(yè)者對于閥控伺服位置控制系統(tǒng)的負(fù)載功率分析和計算都沒有太大問題。然而，如何計算一個允許的回路增益，確保閉環(huán)控制輸出響應(yīng)的穩(wěn)定，對于很多人來說，這就是一個大問題了。作者本人根據(jù)40多年的液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計的累積經(jīng)驗，列出了簡單的計算方法，并在多個應(yīng)用中得到了驗證。
一個典型的伺服位置控制系統(tǒng)包含一個控制閥（伺服閥或高頻響比例閥），帶位置反饋的液壓缸，用于回路控制的電子控制放大器。回路增益指的是當(dāng)反饋斷開時，所有元件增益之積。當(dāng)輸入信號頻率增加的時候，回路的動態(tài)特性對開環(huán)增益有影響。動態(tài)特性導(dǎo)致回路增益隨著信號頻率的改變而改變，并使回路相位滯后。
允許的回路增益就是最大的回路增益，其產(chǎn)生的控制回路動態(tài)特性滿足具體的穩(wěn)定性要求，當(dāng)開環(huán)回路閉合時，得到穩(wěn)定的輸出響應(yīng)。由于回路增益對信號頻率敏感，典型的是在參考頻率1rad/s下來考慮。允許的回路增益決定了伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)位置控制精度。因此，允許的回路增益盡可能的高。
對影響位置控制系統(tǒng)動態(tài)行為的研究最后歸結(jié)為對積分和主自然頻率的分析。在位置控制環(huán)內(nèi)積分是本來就存在的，因為開環(huán)油缸位置是由液壓缸速度的積分得來。主自然頻率是指所有回路共振時自然頻率最低的那一個。最低自然頻率如果是其它自然頻率的1/2.5或更低，那么其它元件的自然頻率就可以忽略不考慮，因為其對控制環(huán)的動態(tài)特性影響很小了。
盡管現(xiàn)在的電子控制器具有自動調(diào)節(jié)的功能，但是對于不怎么復(fù)雜的電液伺服閥系統(tǒng)依然需要決定允許的開環(huán)增益，確保快速響應(yīng)的穩(wěn)定輸出。
液壓缸和控制閥構(gòu)成了控制環(huán)里對共振影響最大的因素。對其中起主要作用的自然頻率作為分析對象，可以大大簡化對控制環(huán)的動態(tài)分析，最終就可得到最高允許的控制回路增益。
展開 圖文介紹如何讀懂液壓系統(tǒng)原理圖（上）（轉(zhuǎn)自 液壓傳動與控制）
遵循行內(nèi)比較認(rèn)可的定義，一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力單元、執(zhí)行單元、控制單元、輔助單元（附件）和液壓油。之所以叫單元而不是元件，因為元件通常指代的是某一單個功能產(chǎn)品，而單元是很多個元件組成的一個功能集成體。
1. 動力單元
動力單元的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指電機帶動油泵，向整個液壓系統(tǒng)提供動力。
2. 輔助單元
輔助單元包括油箱、濾油器、冷卻器、加熱器、蓄能器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位計、油溫計等。
3. 液壓油
液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。
4. 控制單元
控制單元(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。根據(jù)控制命令方式的不同，可分為開關(guān)閥和比例/伺服閥。
5. 執(zhí)行單元
執(zhí)行單元(液壓缸和液壓馬達(dá))的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負(fù)載作直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動。
從工程設(shè)計和現(xiàn)場布置的方便性，我們把上述五部分分成A和B來討論。
A: 包括動力單元、輔助單元、液壓油。根據(jù)實際情況和功能區(qū)分，我們更具體的定義為主油泵單元、油箱單元、循環(huán)泵組單元、以及蓄能器單元。
圖示為某一大型液壓系統(tǒng)泵站室內(nèi)布置圖，包括：油箱單元、主泵組、蓄能器組以及循環(huán)泵組單元。
上圖實物對應(yīng)的液壓原理參考如下（不包含蓄能器部分）。
A.1 主油泵單元
上圖所示為9臺主泵，其中8臺工作，1臺備用。工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的液壓系統(tǒng)，通常情況下會考慮備用泵。
我們現(xiàn)在對如下的單一泵組單元進(jìn)行分析。
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