流體傳動與控制的案例
過濾器濾材與殼體的選擇、濾芯壽命與流體清潔度標準（液壓傳動與控制）
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討論用于精密運動控制的電液控制閥（轉自液壓傳動與控制）
結論
設計一個滿足你的應用需求的液壓運動控制系統需要多方面的考慮。選擇一個合適的閥是必須的，也期望通過上述的羅列對你經驗的提升有更好的幫助。
其它的一些重要的因素包括選擇合適的位置、壓力或者力傳感器；閥盡可能的靠近油缸即控制器只控制油缸（無油液或者軟管的膨脹或壓縮）；選擇合適的運動控制器等等。
伺服液壓運動控制-選擇PLC還是運動控制器？（轉自液壓傳動與控制）
一些閉環運動控制的應用很顯然需要運動控制器，然而一些人也可以通過使用PLC來實現閉環控制。當然，選擇何種控制方式常常難以定論。
當你可以使用PLC控制的時候，為什么還需要花錢去購買一個專用的電液運動控制器呢？答案很簡單。一般來說，考慮的因素包括使用數量，實現難度，可用時間，生產效率，精度要求以及經濟性等。做出何種決定往往是很模糊的。根據以往的經驗，我知道哪種類型的應用可以用PLC，哪種不適用。
對于大多數的控制系統設計者來說，成本是首當其沖的想法。最簡單的辦法就是購買帶有模擬量輸入和輸出的PLC用于各種軸的控制，還可以帶有一些數字I/O，接著就可以編程了。通常都是從最簡單的比例控制開始，甚至PID控制塊都不需要。這就是目前市面上大多數的液壓伺服控制的做法，人們接受液壓的培訓很多，但也僅限于此。
模擬量的反饋必須轉化縮放為位置單位。然而，我很奇怪的是，在一些PLC論壇里，很多的人在咨詢如何把一個模擬量轉化為毫米或英寸。如果編程的工程師在問，很顯然他啥也編不了。對輸入值比例縮放之后，很簡單的做法就是，從指令位置減去實際位置，差值乘以比例增益，該值作為模擬量的輸出至閥。就是這么簡單！
1. 該仿真顯示了當指令位置突然改變100mm時將會發生什么。控制輸出在100%飽和，執行器突然加速。實際位置則慢慢的接近100mm的目標值。
模擬量控制的PLC設置
PLC控制的一個挑戰發生在液壓缸的指令和實際位置相差很大的情況，因為此時輸出至閥的信號可能很大。結果就是液壓缸全速運動至指令位置。在指令位置的時候會發生什么就取決于增益和負載大小了。有時候液壓缸會平滑減速至指令位置，但是如果負載很大，也會產生超調，并帶有衰減振蕩。
關于此問題可以有多種解決方案。
展開 伺服運動控制時油缸中的壓力是如何變化的（ 液壓傳動與控制）
英文作者：Jack Johnson 電液控制專家
中文譯校：騰益登
*本文大約1758字，建議閱讀時間：~10分鐘*
本文研究了一個閥控缸伺服系統的測試結果，該系統被設計用于電液運動控制的培訓項目。
研究油缸兩腔的瞬時壓力非常有趣，因為它揭示了液壓伺服系統某些固有特性或者叫奇怪現象。為了驗證運動控制系統的特性，我們研究了一個帶位置閉環控制的閥控缸的測試結果，見圖1。
該機構被設計用于一個特殊的電液運動培訓項目，油缸缸徑為2英寸，桿徑為1 3/8英寸，行程為6英寸，另外配置一個磁致伸縮線性位移傳感器用于位置反饋。負載為一個厚4英寸，直徑16英寸，重達250lb的飛輪。當3.5英寸的扭力桿垂直于活塞桿時，飛輪在油缸活塞桿端產生將近1500lb的等效質量。油缸與飛輪通過曲柄連接，如圖1右下所示。這樣的機械結構產生大約20Hz的自然頻率。曲柄機構的約束限定了油缸的最大動作行程在6英寸以下。
PC帶模擬量輸入和輸出的數據接口，利用其控制油缸運動。加速度，速度和位移曲線見圖1所示。利用PC程序的VCCM（Valve Control Cylinder Motion）指令中的曲線合成模塊（Profile Synthesizer module）對運動控制過程進行合成處理。采用比例控制，無積分或者微分控制環節。
圖1 位移，速度和加速度曲線
圖示左邊，用于示意在整個周期中如何控制伺服機構。右上圖，液壓原理示意解釋，而右下圖是一個簡化了的機械結構。控制初始階段，存在一個0.6s的初始駐留區（速度為零）。在接下來的0.28s，以18in./sec.2的加速度平穩加速。接著，有0.5s的勻速區，速度5.1in./sec（覆蓋大約2.5英寸的油缸行程）。接近油缸活塞桿伸出的終點，是0.28s的減速。
展開 
綜述電液伺服運動控制系統的計算（轉自液壓傳動與控制）
壓力和流量關系
大多的流體教授們都采用幾何形狀，縮流系數（contraction coefficient，基于幾何尺寸）以及速度系數來表達節流孔的特性。然而，在液壓運動控制系統，H.E. Merritt很自信的解釋他的結論：大多數液壓控制閥表現得像銳邊節流孔。并且，壓力和流量的關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，lb-in.-sec,
AQ是過流面積（由閥的控制節流邊決定，為流道實際的幾何過流斷面面積）， in.2,
P1 – P2 是通過控制節流邊的壓差（P1必須大于P2）
Q是由上述參數計算得到的流量， 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KV：
KV= 100 × AQ
此種關系只是一種近似的計算，但是無數的閥制造商接受的觀點是：經過一個典型的控制閥的流量與壓降的平方根有關。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見性。根據經驗定義KV并應用于閥，這樣就可以進行測試了，而無需設計一個新閥：
KV= Qr ÷ (?PQr)1/2
在此處
KV是節流孔流量系數， (in.3/sec) ÷ (?P)1/2
Qr是經過實際測試驗證的節流孔額定流量，此處閥工作在額定壓降，in.3/sec
PQr經過節流孔的額定壓差
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，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）。
展開 如何計算伺服位置控制系統允許的回路增益（ 液壓傳動與控制）
Burton
譯者：騰益登
利用液壓伺服控制理論，大多數的液壓從業者對于閥控伺服位置控制系統的負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，確保閉環控制輸出響應的穩定，對于很多人來說，這就是一個大問題了。作者本人根據40多年的液壓伺服系統設計的累積經驗，列出了簡單的計算方法，并在多個應用中得到了驗證。
一個典型的伺服位置控制系統包含一個控制閥（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。回路增益指的是當反饋斷開時，所有元件增益之積。當輸入信號頻率增加的時候，回路的動態特性對開環增益有影響。動態特性導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，其產生的控制回路動態特性滿足具體的穩定性要求，當開環回路閉合時，得到穩定的輸出響應。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的靜態和動態位置控制精度。因此，允許的回路增益盡可能的高。
對影響位置控制系統動態行為的研究最后歸結為對積分和主自然頻率的分析。在位置控制環內積分是本來就存在的，因為開環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，因為其對控制環的動態特性影響很小了。
盡管現在的電子控制器具有自動調節的功能，但是對于不怎么復雜的電液伺服閥系統依然需要決定允許的開環增益，確保快速響應的穩定輸出。
液壓缸和控制閥構成了控制環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的動態分析，最終就可得到最高允許的控制回路增益。
展開 液壓控制為什么愛用正弦曲線運動（轉自液壓傳動與控制）
然后，運動控制器可以根據需要調節電動機的速度，但仍可以依靠蓄能器將壓力保持一定程度，從而以相對恒定的速度運行。預測流量時會出現少量誤差，因此仍然需要一個壓力傳感器以確保壓力保持在所需范圍內。
伺服運動控制時油缸中的壓力是如何變化的（轉自液壓傳動與控制）
本文研究了一個閥控缸伺服系統的測試結果，該系統被設計用于電液運動控制的培訓項目。
研究油缸兩腔的瞬時壓力非常有趣，因為它揭示了液壓伺服系統某些固有特性或者叫奇怪現象。為了驗證運動控制系統的特性，我們研究了一個帶位置閉環控制的閥控缸的測試結果，見圖1。
該機構被設計用于一個特殊的電液運動培訓項目，油缸缸徑為2英寸，桿徑為1 3/8英寸，行程為6英寸，另外配置一個磁致伸縮線性位移傳感器用于位置反饋。負載為一個厚4英寸，直徑16英寸，重達250lb的飛輪。當3.5英寸的扭力桿垂直于活塞桿時，飛輪在油缸活塞桿端產生將近1500lb的等效質量。油缸與飛輪通過曲柄連接，如圖1右下所示。這樣的機械結構產生大約20Hz的自然頻率。曲柄機構的約束限定了油缸的最大動作行程在6英寸以下。
PC帶模擬量輸入和輸出的數據接口，利用其控制油缸運動。加速度，速度和位移曲線見圖1所示。利用PC程序的VCCM（Valve Control Cylinder Motion）指令中的曲線合成模塊（Profile Synthesizer module）對運動控制過程進行合成處理。采用比例控制，無積分或者微分控制環節。
圖1 位移，速度和加速度曲線
圖示左邊，用于示意在整個周期中如何控制伺服機構。右上圖，液壓原理示意解釋，而右下圖是一個簡化了的機械結構。控制初始階段，存在一個0.6s的初始駐留區（速度為零）。在接下來的0.28s，以18in./sec.2的加速度平穩加速。接著，有0.5s的勻速區，速度5.1in./sec（覆蓋大約2.5英寸的油缸行程）。接近油缸活塞桿伸出的終點，是0.28s的減速。終點位置保持0.5s。油缸活塞桿縮回的過程周期是對稱的，然而，其在停止運動后持續約0.5s。
展開 電液控制閥設計與應用的發展（轉自液壓傳動與控制）
2 伺服閥和比例閥的發展歷史
2.1 戰前
二戰前，過程控制領域發生了幾件重要事件。氣動元件被用于計算、控制和信號傳輸，這導致了對控制閥的需求。
阿斯卡尼亞調節器公司（Askania Regulator Company）和阿斯卡尼亞－沃克德國公司（Askania-Werke, Germany）開發出一種采用射流管原理的閥，并注冊了專利。該閥可將流體壓力轉化成一股射流的動量，該射流被引導進入兩個接收器，射流的動量在接收器中重新轉化為壓力或流量。
與此類似，福克斯波羅（Foxboro）開發出噴嘴擋板閥，該閥利用擋板靠近銳緣阻尼孔所形成的圓柱形遮擋阻尼孔區域進行工作，圖2。
圖2 噴嘴擋板閥
德國的西門子（Siemens）開發出雙路輸入閥，該閥通過彈簧接受機械輸入，通過移動線圈、永磁鐵馬達接受電氣輸入。該閥被用于閉環位置控制，成為用于飛機自動飛行控制領域閥的先驅。
2.2 二戰后
二戰末期，伺服閥閥芯外一般有閥套，閥芯由一個直動式馬達驅動，通常是一個直流電磁鐵推動一根彈簧，即閥芯的單級開環控制。
控制理論的成熟已使伺服閥的應用得以鞏固，軍事上對于尖端技術的需求正推動著伺服閥的大量研究和開發。
1946
-英國汀斯利（Tinsley）注冊了第一個二級閥的專利。
-雷神貝爾飛機公司（Raytheon and Bell Aircraf）：帶反饋的二級閥。
-美國麻省理工學院（MIT）：真正的力矩馬達代替電磁鐵，這意味，更低的功率&改善的線性度。
高增益閉環電氣反饋以減少一級中高摩擦的影響。
1950
- W. C.穆格（W. C. Moog）：第一個二級閥，采用帶單噴嘴阻尼孔的無摩擦一級閥，圖3。
展開 探索液壓伺服運動控制中的VCCM方程（轉自液壓傳動與控制）
有趣的是，牛頓在他的三大運動定律中并沒有涉及到流體運動。
VCCM方程的推導基于油缸活塞兩側的合力。在活塞與負載的合力為零之前，活塞和負載會一直加速運動。如果活塞不再加速，則意味著已經達到穩態速度。液壓系統設計者應該熟知VCCM方程及其各種表達式，因為它對優化我們的設計非常有用。
我第一次在Jack Johnson的書里看到的VCCM方程等式為：
此處：
Vss：最大穩態速度
Kvpl：閥功率邊（powered land）流量系數（譯者注：或者叫進油口）
Ps：供油壓力
Ape：油缸活塞功率邊的面積（譯者注：或者叫油缸進油腔）
fl：負載力，與負載運動方向相反時為負，與負載運動方向相同時為正
ρv：進油口與回油口流量比值
ρc：進油腔有效面積與回油腔有效面積之比
最大的穩態速度發生在閥100%全開時。理解這一點非常重要，因為其決定了開環增益。開環增益用速度與控制輸出的百分比來表示，或用（mm/s）/ %來表示。如果穩態速度是500mm/s，則開環增益就是（5mm/s）/ %。正負100%的控制輸出也許是±10V，±20mA，或者甚至是4-20mA，此處12mA就是0%的控制輸出。
開環增益對于建模很重要。其用在開環傳遞函數就是：
此處：
OLTF:開環傳遞函數
K：開環增益
ζ：阻尼系數
L：拉普拉斯算子
ωn：自然頻率
如想要對液壓缸進行建模，了解其對控制信號的響應，該方程對我們的工程師來說就非常重要。開環增益也用于計算速度前饋增益，其與開環增益相互影響。
因此，如果我們想以250mm/s的速度來移動，而開環增益就是5（mm/s）/ %的話，我們目標速度（250mm/s）除以開環增益，就可以計算得到50%的控制輸出。
展開 伺服閥/比例閥零位特性與平衡閥對精密運動控制的影響（轉自液壓傳動與控制）
當輸入至閥的控制信號設定為零時，調整螺釘或放大器，直至執行器停止飄移。另外一種情況，對于軸控位置閉環系統，你可以通過調整零位螺釘或者放大器，直至輸入至閥的控制信號為零電壓。零偏的補償也可以在運動控制器實現，通過調整零偏或者零位參數。
如果在其閉環控制算法里，運動控制器有積分環節，當其工作在閉環控制模式時，積分環節將自動補償零偏。然而，錯誤的使用積分作為零位補償會導致一些不期望的行為。比如，因為積分不適用于開環模式，在點動或者部分循環周期的時候其工作于開環模式，零偏就有可能不會被校正。因此，最好是在閥體或者運動控制器的零偏參數上面調節零偏，而不是依賴于PID算法的閉環補償。
關注零飄
不斷變化的零位條件，稱之為零飄，是一個更為嚴重的問題。這可能是因為背壓，液動力，或者莫名其妙的原因或錯誤的閥芯控制所致。零飄需要控制器持續穩定地改變信號輸出，確保閥能夠鎖定位置護著保持穩壓。
這可能會損害位置或者壓力控制的性能以及重復性，雖然高性能的運動控制器在偏差不太大的時候可以補償該變化。
為了最小化零飄的影響，閥芯顯得尤為重要。一個良好設計的伺服比例閥控制器具有內部控制環，其使得閥芯位置比例于控制信號，見圖1。理想的情況是，當控制器發送至閥50%的控制信號時，閥芯位置將停留在50%的流量控制位置。
圖1
現在假設控制器輸出0%的控制信號，驅動閥芯移至零位，或者0%的位置。當閥芯越來越接近0%零位的時候，誤差將變小，因此校正誤差的力也變小。該力也許不足以克服真實的摩擦力或者液動力，因此，一個很小的零位偏差依然存在。
只有比例控制的閥將無法達到期望的位置，因為來自閥芯控制器的力不足以大，從而把偏差減小至零。
展開 
圓柱齒輪傳動CAD系統的建模與控制
華南理工大學學報(自然科學版)-2001年 07期-圓柱齒輪傳動CAD系統的建模與控制
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華南理工大學學報(自然科學版)-2001年 07期-圓柱齒輪傳動CAD系統的建模與控制.pdf
大型液壓Stewart平臺耦合研究
Keywords—Stewart platform, coupling, AMESim, combined simulation
大型液壓Stewart平臺耦合研究*
王偉 謝海波 傅新 楊華勇
浙江大學流體傳動及控制國家重點實驗室 杭州 310027
摘 要 耦合現象在大型液壓Stewart平臺中普遍存在，本文以大型液壓Stewart平臺為目標，采用AMESim和SimMechanics對液壓部分及平臺機構部分分別建模，通過軟件接口建立聯合仿真體系對平臺動態耦合進行定量分析，數值模擬了六缸動態特性在一致和有差異的情況下動態耦合的強度和規律，該仿真方法針對液壓與并聯機構進行分布式建模，解決了數學模型的精確性問題，建立了大型液壓Stewart平臺通用聯合仿真模型，為Stewart平臺的耦合研究提供了有效的理論研究手段，能夠針對平臺進行前期耦合預測，保證設計方案的準確性與可靠性。
關鍵詞 液壓Stewart平臺，耦合，AMESim，聯合仿真
025-大型液壓Stewart平臺耦合研究.pdf
展開 大型液壓Stewart平臺耦合研究
Keywords—Stewart platform, coupling, AMESim, combined simulation
大型液壓Stewart平臺耦合研究*
王偉 謝海波 傅新 楊華勇
浙江大學流體傳動及控制國家重點實驗室 杭州 310027
摘 要 耦合現象在大型液壓Stewart平臺中普遍存在，本文以大型液壓Stewart平臺為目標，采用AMESim和SimMechanics對液壓部分及平臺機構部分分別建模，通過軟件接口建立聯合仿真體系對平臺動態耦合進行定量分析，數值模擬了六缸動態特性在一致和有差異的情況下動態耦合的強度和規律，該仿真方法針對液壓與并聯機構進行分布式建模，解決了數學模型的精確性問題，建立了大型液壓Stewart平臺通用聯合仿真模型，為Stewart平臺的耦合研究提供了有效的理論研究手段，能夠針對平臺進行前期耦合預測，保證設計方案的準確性與可靠性。
關鍵詞 液壓Stewart平臺，耦合，AMESim，聯合仿真
展開 液壓系統增壓回路的應用與設計（轉自液壓傳動與控制）
P口壓力經過增壓器內置的方向滑閥（兩位四通）和帶有增壓比的控制活塞，使A口產生增壓效果。由于內部結構的原因，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。
液壓油進入增壓器P口，T口接回油箱。
系統建壓過程中，液壓油通過CV1和CV2，同時通過液控單向閥POV，兩路直達HP端，確保快速供油到系統。
當P口壓力逐步建立的過程中，增壓器主活塞也開始運動，并連續不斷將油壓入系統。主活塞運動到每端都會發出一個信號S至活塞控制閥PCV，控制閥使主活塞向相反方向運動，這個運動將連續，直到輸出壓力達到最大，這時運動將停止。只有管路有泄漏或油量有消耗時，主活塞才繼續運動。
工作結束后，通過變換增壓器P、T口油壓方向來開啟液控單向閥POV，將HP口的高壓液壓油卸回油箱。
關于增壓器的使用注意事項
增壓器的增壓比都是固定的，為了實現給定的增壓壓力，可以考慮在增壓器之前設計減壓閥。
增壓器都是有一定耐壓范圍的，需要在在增壓器之后考慮溢流閥或者在增壓器之前考慮調壓閥限定壓力。
加油站
“液壓增壓缸”和“液壓增壓器”的最主要區別在哪里呢？
“液壓增壓缸”活塞運動前進和后退的速度因高壓密封件的限制而比較慢，增壓缸前進一個行程輸出的油假如不夠用，那必須后退后再次前進增壓，而這個后退時間比較長，造成了高壓油輸出的間斷性，甚至出現壓力下降現象。
“液壓增壓器”在“頻率”方面完全不一樣，前進后退最大可達到上千次每分鐘，其中后退速度比前進速度還要快，把后退間斷時間縮小至極致。
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