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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、运算的信号均为模拟信号。,伺服放大器和比例放大器具有相同
2、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，频带宽； 4. 抗干扰能力强，有较好的稳定性和可靠性； 5.
3、 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）,
4、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。,电磁铁被设计成电磁力(F)与线圈电流(I)成线性比例关系。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。,1) 对于开关阀，阀芯被设计
5、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
6、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。,一般地，通过比例阀电磁铁的电流由一电子放大器控制。简单说，放大器要求由一个电源和一个命令输入信号组成。,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。,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。,一个相对较大的阀电磁铁输入电流（通常2到3安培
7、）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。,在行走应用中，输入装置可以是一个操作杆型的电位计。,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
8、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
9、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
10、，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,