流體控制系統的案例
關于比例與伺服液壓系統的一些設計指導意見（轉自液壓傳動與控制）
英文作者：Peter Nachtwey / Delta Computer Systems
中文校譯：騰益登
*本文約4500字，建議閱讀時間15mins*
引言
最好的控制器和軟件也無法克服設計拙劣的液壓系統。
本文要點
典型的伺服液壓運動控制系統，伺服閥都是盡可能的靠近油缸安裝。一些專家也推薦對此類液壓應用采用特殊設計的控制器。
對油缸缸徑的仿真也驗證了，油缸缸徑越大，壓力也越相對穩定。
典型的伯德圖顯示了閥芯的幅值響應和相位滯后相對于控制信號頻率的函數。
閥的測試特性曲線顯示了不同閥的工作特性。只要經過閥的壓差穩定，具有伺服閥品質閥芯的線性閥可以提供比例于控制信號的流量。
正文
全球化競爭要求我們的工廠運營者面臨著永無止境的讓設備更高效運行的任務之中。這常常要求我們的運動控制系統更高速，更精確。但是在一個閉環控制系統，更高的速度和精度必須始于良好的元件設計。無論你是多么在意控制器和軟件，如果流體控制系統中的油缸和閥沒有得到很好的設計選型或者正確的安裝，系統的性能就會大打折扣。
油缸設計選型
對于線性執行器，系統應用要求通常側重于設定行程和循環周期。設計者決定油缸規格尺寸以及油壓大小。現實中的一個共性問題就是試圖通過降低油缸尺寸來達到提升執行器速度的目的。工程師常常假定，對于給定的流量，油缸越小，加速更迅速，運行更快。然而，這只適用于輕載。對于中、重載使用的執行器，其提供的力而不是流量限制了加速、勻速以及減速。因為活塞直徑決定輸出力，太小的油缸就永遠無法得到所需的速度和循環周期。
設計者首先考慮到的就是使用非常簡單的公式V = Q/A，但是這只有當質量m=0的時候才是計算精確的。當計算流量時，只使用公式Q = VA。
展開 CFD專欄丨Altair Flow Simulator，來自航空工業的系統級流體仿真
01
流體系統級仿真的應用場景
工業設備存在著大量的流動管網：如飛機發動機的冷卻系統，燃燒系統，潤滑油系統；新能源車的電池冷卻模塊，空調管路；燃油車的動力艙冷卻系統；天然氣，氫氣的存儲和運輸系統；火電、核電站的熱力管路等等。
電廠熱力管路系統
汽車冷卻系統
由于這些設備尺寸龐大，部件數量較多，或運行周期相對很長，三維計算無法滿足要求。采用一維流動網絡，熱網絡的方法不僅建模效率高，而且通過實驗或三維仿真標定，同樣可以達到較高的精度。
西門子PLC控制系統和繼電器控制系統的聯系與區別
西門子PLC
控制系統和繼電器控制系統，這是實現自動控制所采用的兩種不同手段，對生產具有重要的作用。但是它們在使用的過程中，并非是毫無聯系的，
PLC
控制系統和繼電器控制系統既有著聯系又有著區別。下面北京天拓四方工程師就跟大家說說
PLC
控制系統和繼電器控制系統的聯系和區別：
一、
PLC
控制系統和繼電器控制系統聯系是：
1、采用
PLC
控制，往往在采集輸入信號時，可能需要用到繼電器。在輸出控制信號時，還要用繼電器做“功率放大”。要實現什么樣的控制，是被控制的對象和你自動控制的目的所決定的，與采用什么手段無關。
2、兩種方法基本上都可以實現同一種功能：它們的運用都需要“門電路”的知識。門電路就是“與門”、“非門”、“或門”之類的知識。
二、
PLC
控制系統和繼電器控制系統的差別：
1、繼電器控制系統適用于簡單一些的邏輯控制，而
PLC
可以實現更復雜的邏輯控制。
2、是實現控制邏輯所用的硬件不同：繼電器控制系統，其邏輯功能由傳統的繼電器來完成的，比如控制時間，就有相應的時間繼電器。繼電器的動作一般與電磁有關；
PLC
是可紡編程控制器，它是基于各種“門電路”的一種集成式的控制器。其式作狀況與計算機更接近些。對于已經接好的線路，可以通過改變PCL的程序來改變控制邏輯和參數，具有更靈活的運用方式。
展開 空調制冷系統的控制邏輯和常用控制系統
控制系統對于很多設備來講就相當于一個大腦，指揮著設備系統各個部件的協作運行。因此，今天我們就來講一講空調控制系統的邏輯和幾大類常用控制系統。
空調控制系統的邏輯
制冷空調系統的控制簡單來說，就是通過人機界面將我們希望機組每一個部件如何動作，通過軟件語言編寫， 再通過硬件來實現出來。
1、控制系統和信號的分類
自動控制系統按照原理，一般可以分為開環控制系統和閉環控制系統。
制冷空調系統一般采用閉環控制，也叫反饋控制系統，利用輸出量同目標值的偏差對系統進行控制，可以獲得比較好的修正和穩定的控制。定時檢測輸出量的實際值，將輸出量的實際值與目標值進行比較得出偏差， 用偏差值產生控制調節作用去消除偏差， 使得輸出量維持目標值。
控制系統的基本要求有三個方面， 穩定性，快速性， 準確性；當前的制冷空調系統中使用的控制板以單片機和PLC為主，標準化的小型批量設備一般采用單片機居多，工程項目類設備和非標準化產品以PLC居多。
制冷空調控制系統的信號包括輸入側和輸出側，簡單的可以分為數字信號和模擬信號。比如一般我們常說的各種保護開關接入控制板，給出的輸入信號就是數字信號，定速壓縮機和定速風扇電機的控制線路接入控制板，輸出信號就是數字信號，溫度傳感器和壓力傳感器等轉成為電壓電流電阻信息接入控制板，這個輸入信號就是模擬信號，對外部輸出的標準信號，比如0～10V， 4～20mA等信號用來驅動電子膨脹閥的信號就屬于模擬信號，制冷空調系統的控制板就是定時獲得輸入信號，通過邏輯計算，決定輸出量大小，然后通過輸出來改變系統每一個零部件的狀態。
2、制冷空調系統的常用控制方法
1） 開關型控制
開關控制的方法廣泛應用在大量的家用制冷空調設備和中小型的簡單制冷設備中。
展開 
永磁同步電機控制系統仿真 附電力電子、電機控制系統的建模和仿真下載
因此確定實際的控制周期為83.3μs，在PWM比較器的三角波的地點和頂點各對永磁電機進行一次控制。
因此確定整個系統仿真模型的仿真參數：
1 . 被控對象的仿真步長為100ns；
2 . PWM比較器的仿真步長為100ns；
3 . 控制器的仿真步長為83.3μs；
控制器仿真模型通過PWM比較器通過異步中斷的方式觸發運行。
永磁同步電機控制系統模型概述
為保證每個控制時刻電流采樣與PWM信號的同步，在模型搭建時可以采用Function Call子系統或者Enable子系統，如下圖所示，此時PMSM Controller的運行不與時間同步，而與PWM比較器輸出的trigger同步（圖中的from模塊的INT標識）
基于Function Call的PMSM控制器模型
PWM比較器產生控制器模型觸發信號
整個系統仿真模型建模完成后，點擊Simulink的左側模型的圖標，選擇Colors，查看Simulink模型中不同模塊的仿真速率。如下圖所示，其中紅色表示仿真步長為0.1μs。
展開 計算流體力學 | 控制方程
內容結構指引
計算流體力學概述 | 流體力學的一些基本概念 | 流體力學的控制方程
粘性流動的控制方程（納維-斯托克斯方程） | 無粘流的控制方程（歐拉方程）
適合CFD的控制方程 | NS方程的無量綱化 | 簡化NS方程
主要名詞檢索
計算流體力學（CFD） | 離散化 | 連續介質假設 | 流動微團 | 控制體 | 流動模型 | 物質導數
當地導數 | 遷移導數 | 速度散度 | 拉格朗日描述 | 歐拉描述 | 控制方程 | 連續性方程 | 動量方程
能量方程 | 守恒型 | 非守恒型 | 納維-斯托克斯方程 | 歐拉方程 | 守恒型方程的向量形式
通向量 | 源項 | 解向量 | 無量綱量 | 特征量 | 無量綱化 | 定常流方程 | 不可壓流方程
邊界層方程 | 小擾動方程
計算流體力學概述
a. 定義
計算流體力學（CFD）是 通過數值方法求解流體力學控制方程，得到流場的離散定量描述，并以此預測流體運動規律的學科。
實際問題的流動控制方程復雜，解析解難以獲得，我們通常采用數值方法求解，值得一提的是，在計算機產生之前，數值方法已然產生。
離散化分為流場的離散化（網格生成）與方程的離散化（計算格式）
流體力學研究的三種方法
CFD與試驗相比各有千秋，CFD不能完全替代真實試驗
b. CFD常用方法
CFD常用方法
c.
展開 用戶對高壓比例閥的使用反饋如何？
在工業自動化、能源、半導體制造、測試設備以及高端流體控制系統中，高壓比例閥作為關鍵執行元件，性能直接影響整個系統的穩定性、精度與效率，作為全球領先的流體控制解決方案提供商，IMI Norgren（諾冠）憑借在高壓比例閥領域的深厚技術積累和持續創新，贏得了眾多行業用戶的高度信賴，那么真實用戶在實際應用中對諾冠高壓比例閥的反饋究竟如何？諾冠將結合用戶評價、技術優勢與典型應用場景，為您全面解析。
諾冠 IMI Norgren：https://www.norgren.com.cn/
高壓比例閥：https://www.norgren.com.cn/3698.html
一、高精度控制：用戶一致稱贊的核心優勢
多位來自汽車測試臺架、液壓仿真系統及航空航天測試平臺的工程師反饋，諾冠高壓比例閥在壓力/流量調節方面表現出“令人驚艷的線性度和重復性”，例如某新能源車企在電池包爆破測試系統中采用IMI Norgren的HP系列高壓比例閥，工作壓力高達350 bar，用戶表示：“在毫秒級響應下仍能實現±0.5%的控制精度，遠超我們之前使用的其他品牌產品，”
這種高精度源于諾冠獨特的先導式結構設計、高性能電磁驅動系統以及先進的內部反饋機制，確保即使在高壓、高頻切換工況下，也能保持穩定輸出。
二、可靠性強，故障率低，贏得長期信任
在連續7×24小時運行的工業環境中，設備的可靠性十分重要，一位從事石油天然氣井口控制系統的集成商指出：“過去三年里，我們在超過200套井控裝置中部署了諾冠高壓比例閥，至今未出現一起因閥門本身導致的停機事故，”用戶特別強調，即便在高粉塵、高濕、溫差劇烈的野外環境下，諾冠產品的密封性和抗腐蝕能力依然出色。
展開 淺析純電動汽車驅動電機控制系統的控制過程
純電動汽車從結構上來說主要體現在動力總成控制系統、電機控制系統和電池及其管理系統三個方面。從工作原理上來講，純電動汽車主要是通過高壓蓄電池直接供電，再由驅動電機控制模塊控制汽車驅動電機起動運轉。本文主要對純電動汽車電機的結構、電機控制系統過程進行分析。
燃油汽車在使用過程中燃燒排放出熱量，同時廢氣排放也在同步增加，這就讓我們的環境持續受到污染，空氣指數也受到嚴重影響，隨著我們對燃油的使用，燃油能源也在逐漸的減少，人類將會面對能源危機所帶來的影響。為了我們的生存環境不再受到污染，為了讓生態資源與人類需求保持平衡，純電動汽車的發展逐漸取代現在使用的燃油汽車，將成為我們的迫切需要。
純電汽車與傳統汽車相比，主要是用蓄電池取代傳統汽車的發動機。電動汽車電動機驅動系統所需要的電能由車載蓄電池提供，并將車載蓄電池輸出的電能轉化為電動汽車所需要的機械能，而驅動電機的輸出軸便連接至該電 動汽車的驅動系統，經過驅動系統基本結構的傳動裝置， 傳動裝置把驅動電機傳來的力轉化為驅動力，從而驅動汽車驅動輪，完成行駛。
純電動汽車的核心部件主要由驅動電機和電機的控制模塊組成，驅動電機模塊主要是根據駕駛員的操作，把電動汽車動力電池所產生的電能最大化的轉化為車輪旋轉所需要的動能，或者是在制動時，車輪上所產生的動能 反饋給電動車電池。電動汽車的動力性、經濟性和舒適性直接受驅動電機的特性影響，驅動電機的特性也就成為評價汽車性能的主要指標。
汽車驅動電機系統主要通過驅動電機、各種傳感器、 驅動電機控制模塊、高壓線束、低壓線束、冷卻系統與電動汽車的其它系統連在一起。
純電動汽車電機廣泛采用三相交流永磁電動機。三相交流永磁電動機的特點是效率高、控制精度高、轉矩密度高、轉動平穩性好和振動噪聲低。
展開 PLC控制系統中必不可少的的故障報警控制
故障報警控制是電氣自動控制系統中不可缺少的重要環節，也是PLC控制系統中的常用環節。一般來說，標準的報警功能是聲光報警，而報警的控制方式又有單故障報警控制和多故障報警控制這兩種方式，你知道嗎?這一篇文章小編就給大家分別講一下單故障報警控制和多故障報警控制。
1、單故障報警控制
何謂單故障報警?也就是用蜂鳴器和報 警 燈 對單一的一個故障實現的聲光報警控制。假設I0.0是故障報警的輸入條件，也就是I0.0為ON時進行報警，Q0.0為報 警 燈 ，Q0.1為蜂鳴器，I0.1是報警響應，當I0.1接通時，報 警 燈 可以從閃爍變為常亮，同時蜂鳴器停止報警，I0.2是報 警 燈 的測試信號，當I0.2接通時，報 警 燈 亮。
我們看以下程序：
以上程序中網絡1和網絡2用定時器T37和T38構成了振蕩控制電路程序，當故障報警條件I0.0接通時，Q0.0和Q0.1每隔1s 進行聲光報警一次，如此往復循環，直到報警結束。當I0.1接通時，網絡4中的M0.0接通并保持，同時網絡3中的M0.0常開接通，報 警 燈 從閃爍變為常亮，同時網絡5中的M0.0常閉斷開，Q0.1斷開，蜂鳴器停止報警。當I0.2接通時，報 警 燈 亮，可以進行報 警 燈 的測試。
2、多故障報警控制方式
在實際的工程應用中，出現的故障可能不止一個，而是多個，這時程序的設計跟前面的就有所不同了。在聲光多故障報警控制中，一種故障要對應一個指示燈，但是蜂鳴器是可以共用一個的。所以在設計程序的時候要將多個故障共用一個蜂鳴器進行報警。
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 樓宇自控系統主要監測哪些系統？控制哪些內容？
樓宇自控系統主要檢測哪些系統？哪些系統需要檢測而不控制，哪些系統如何控制呢？一起來看看吧！
流體沙漏控制的具體操作
針對如下問題
我給出了沙漏控制的一些基本知識，以及流體沙漏控制的具體操作，鏈接如下：
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http://www.yqgqt.org.cn/content/doc/283732
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負流量控制和正流量控制液壓系統（轉自液壓草根）
負流量控制常按規多路閥中開(旁通)，節流調速的定量泵系統由于有多余的流量旁通回油箱而造成功率損失見圖（a）。如果設法減少旁通回油流量，則功率損失會大大減少，這就是負流量控制的設計思想，為此，需要在中開旁通回油路上設置一個節流孔作為流量檢測裝置，檢測出該節流孔上游的壓力，根據所檢測到的這個壓力，以流經這里的旁通流量最小為目標，控制變量泵排量，從而使旁通節流損失最小見圖(b)。
當通過節流孔的旁通流量增大，由于流體通過節流孔阻力增加，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）。
正流量控制負流量控制和正流量控制都屬于中開系統，但相對負流量控制當控制壓力信號增大，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中先導操作手柄輸出的信號壓力，既用來操縱執行器控制閥，又用來控制泵排量，基于正流量控制系統泵的排量與先導操作手柄輸出的壓力信號成正比這一特點，液壓系統主控制器根據先導壓力信號及其變化趨勢，判斷執行器的流量需求及其變化趨勢，并據此對泵排量實施調節，使系統的流量供應能夠動態跟蹤執行器的流量需求，基本實現系統流量的實時匹配。
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 步進電機的控制系統設計 步進電機的開環控制解析
在微電子技術，特別計算機技術發展以前，控制器脈沖信號發生器完全由硬件實現，控制系統采用單獨的元件或者集成電路組成控制回路，不僅調試安裝復雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設計電路。這就使得需要針對不同的電機開發不同的驅動器，開發難度和開發成本都很高，控制難度較大，限制了步進電機的推廣。
由于步進電機是一個把電脈沖轉換成離散的機械運動的裝置，具有很好的數據控制特性，因此，計算機成為步進電機的理想驅動源，隨著微電子和計算機技術的發展，軟硬件結合的控制方式成為了主流，即通過程序產生控制脈沖，驅動硬件電路。單片機通過軟件來控制步進電機，更好地挖掘出了電機的潛力。因此，用單片機控制步進電機已經成為了一種必然的趨勢，也符合數字化的時代趨。
步進電機控制系統的設計
傳統的電流式控制方法是檢測流經繞組的電流，并將反饋信號送到控制芯片，然后由控制芯片決定是增加還是降低繞組電流，以取得所需的電流強度。這種控制方法使電機在寬轉速和寬電源電壓范圍內保持理想的轉矩，非常適用于全步進和半步進電機驅動，而且實現起來非常容易。
閉環控制電路將電流施加到繞組。反電動勢（BEMF）會降低繞組電壓，延長電流達到理想值的時間，因此，反電動勢限制電機轉速。雖然系統無需知道反電動勢值，但是，不重視且不修正這個數值將會導致系統性能降低。
因為電源電壓變化導致峰值電流有時波動幅度很大，所以，直到現在，工程師還是盡量避免使用電壓式控制方法。工程師們還想避免反電動勢隨著電機轉速增加而升高的問題。
在這種情況下，業內出現了能夠補償反電動勢的智能電壓式控制系統。這種驅動方法使電機運轉更順暢，微步分辨率更高，是對高精度定位和低機械噪聲要求嚴格的應用的理想選擇。電壓式控制是一種開環控制：當正弦電壓施加到電機相位時，機電系統將回饋正弦電流。
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