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1、流体机械调节与控制技术,主讲 吴晓明,24学时,机电控制工程（24学时） Dr. 吴晓明,3.4.11 LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制,LRS变量泵是在恒功率控制的基础之上，增加了一台负载敏感控制阀4，其可以起到负载压力的变化与流量控制无关的控制作用。 泵仅仅输出液压执行器所需要的流量，泵的输出流量与负载所需流量匹配。,输出油口B的压力总是比液压缸处的负载压力高出一设定的压差p。泵的输出流量取决于节流阀7（也可为比例阀或者多路阀组）阀口的横截面积，工作压力低于功率控制曲线之下时，泵的流量不受实际负载压力影响。,通过负载敏感阀4的调节使节流阀7两端的压差p保持为恒定设定值，从而
2、保持泵输出的流量为常值。,3.4.11 LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制,图3-61 LRS控制职能原理图 1A4VSO变量泵 2功率控制阀 3过渡连接板 4负载敏感阀 5溢流阀 6固定节流孔 7节流阀,3.4.11 LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制,节流阀7两端的压差p改变，由孔口或阀口通流截面积的改变引起，例如当负载口压力减小时，会造成节流阀7阀口两端压差增大，使输出流量增大，此时负载敏感阀上腔的压力减小，在泵排油口油压作用下负载敏感阀下位接通，泵变量缸无杆腔与泵排油口接通，使泵向减小排量的方向变化，实现泵的流量适应这种新的条件。,溢流阀5和固定节流孔6可实
3、现泵的压力控制。一旦负载压力达到了由溢流阀5设定的压力等级，系统将变为压力控制模式，而不考虑节流阀7的压差。,3.4.11 LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制,在低压阶段，一般需要大流量以提高效率，此时只有负载敏感控制阀4起作用； 随着工作压力的提高，为了避免泵的功率大到超过原动机功率发生闷车等现象，此时功率控制阀2开始起作用，维持泵的功率为恒定值； 设置了最高的控制压力，避免泵超压损坏，此时泵的流量输出减小，维持泵的排油口压力为设定的安全值，确保安全。因此这种泵的输出特性曲线分为水平的流量调节段、双曲线的功率调节段和垂直的压力调节段三段。 在图3-62中，每段之间的切换主要由弹
4、簧力、阀芯面积的相对值和泵的工作压力来确定。,3.4.11 LR.S型带负载敏感阀和遥控压力控制的恒功率控制,调节应注意：在设定遥控压力时，其设定值是溢流阀5设定的压力加上在负载敏感阀两端的压差。例如外部压力溢流阀设定值为33.6MPa，负载敏感阀的压差是1.4MPa，则设定的遥控压力为其总和，是33.6 MPa + 1.4 MPa = 35MPa。,3.4.12 LRN型功率控制+液压行程控制,图3-63 LRN液压行程控制职能原理图,1A4VSO泵 2功率控制阀 3过渡连接板 4先导阀 5先导控制阀 6单向阀 7内部集成单向阀 8变量控制液压缸 9固定节流口 P控制压力油口 PSt 先导压
5、力油口,3.4.12 LRN型功率控制+液压行程控制,这种型式的变量泵主要由A4VSO泵1、功率控制阀2、先导阀4、先导控制阀5、单向阀6等组成，工作时需要在P口外接控制压力。 当P口接入控制压力油时，液压油压力克服控制阀5的弹簧力使控制阀5左位工作，如图3-63所示位置，此时液压油经过控制阀5和功率控制阀2进入变量缸9右腔，推动活塞向减小泵的排量方向移动，直至最小排量位置，有利于空载启动。,3.4.12 LRN型功率控制+液压行程控制,变量泵的排量与在油口pst外加的先导控制压力成正比的增加。这是因为先导阀4的可变节流口和固定节流口9构成了B型液压半桥，这使控制阀5的右腔压力成为可控的。当从
6、Pst油口外加的控制压力增加时，会推动先导阀4阀套移动一定的距离，从而改变了先导阀4 的节流口开度，例如先导控制压力增加，先导阀4节流口开度减小，使控制阀5的右腔压力增加，推动控制阀5右位工作，变量控制液压缸8右腔接通油箱，变量控制液压缸左端在压力油的作用下右移，与变量控制液压缸相连的杠杆机构同时带动先导阀4的阀芯也会移动和阀套相同距离，此时先导阀4又会恢复到初始位置，阀口全开，使控制阀5右腔压力降低，控制阀5又回到左位工作，但此时泵最大的排量值发生了变化。 双曲功率控制优先于先导压力信号，将保持预先设定的驱动功率为常值-功率优先。,3.4.12 LRN型功率控制+液压行程控制,图3-64 L
7、RH控制静态特性曲线 a）排量和工作压力的关系 b）先导压力和排量的关系,最大排量限制,最小排量限制,3.4.13 LR2GN型控制（几种控制结合例）,图3-65 LR2GN控制原理图,1A4VSO主泵 2功率控制阀 3过渡连接板 4用于遥控的先导控制阀 5遥控溢流阀 6.1先导阀 6.2先导控制阀 7.1单向阀 7.2集成的单向阀 XD用于遥控压力控制的先导油口 p控制压力油口 pst先导压力油口,3.4.13 LR2GN型控制（几种控制结合例）,这种控制方式是双曲线恒功率控制+液压行程控制+遥控压力控制，参见图3-65。在无压条件下的初始位置是排量最小的位置Vgmin。这种控制方式也需要一
8、个外加的控制压力加至油口P。控制原理可参考前几节的介绍。,3.5 压力、流量、功率（p、q、P）复合控制,前变量泵发展的重要趋势，就是各种形式复合控制不断出现，并朝着系列化、标准化、电子化和专业化方向发展，特别在大功率系统中，复合控制是前述的排量（或流量）、压力、功率、速度敏感等功能的组合。 新近又多引入压力切断、外信号排量控制（正、负流量控制）等复合控制。 复合控制给系统简化、节能带来了明显的效益，特别是闭环电液控制变量泵的引入，使控制品质得以进一步提高。,3.5.1 传统型压力流量复合控制,图3-66 传统型压力流量复合控制变量泵控制油路的优化方案示例一 a）控制油路 b）特性曲线,3.5
9、.1 传统型压力流量复合控制,当仅在恒压控制情况下，PA相通，即排量减小的控制过程，变量控制油进入变量缸敏感腔可视为C型半桥的控制，适当地降低了控制增益，提高了稳定性，当AT相通，即排量增大的控制过程，变量缸敏感腔排出的油液经阀口与R1、R2和R3三者串并联形成的液阻，提高了快速性和稳定性。,阀受力平衡时，弹簧力=进口压力负载压力=节流阀两端压差，这个压差是由流量阀右端的弹簧预先设定好的，是一个常数（标准设定为1.4 MPa）。主泵输出适合负载需要的稳定流量。当负载压力变化等干扰作用时，节流阀口两端压差减小(或增大)，说明泵的输出流量低于(或高于)输入信号的对应值，则变量控制系统起作用，增大(
10、或减小)泵的排量，使泵输往负载的流量增大(或减小)直到与期望值相等，其只提供能维持恒定压差所需的排量,图3-67 传统型压力流量复合控制变量泵控制油路的优化方案示例二,压力系统可区分为三种类型： (1)短管型，主要为硬管，受压液体体积小； (2)长管型，主要为软管，受压液体体积较大； (3)长管型并配置蓄能器，受压液体体积较大。 为了对压力系统进行调整，并考虑其稳定性，HAVE变量泵的各种不同变量控制器根据不同的压力系统(液容)，一般都提供了带旁路液阻（见图3-67）的油路。在受压容腔较小时，可将旁路液阻调大；在受压容腔较大时，最好将旁路液阻调小一点，以提高其调节精度。如尽管调节了旁路液阻，还
11、是出现振动的话，则可装入一个出流液阻（见图3-67），将减缓泵的振动，起到振荡激励器的阻尼作用。,3.5.2 电反馈多功能复合比例控制,新型电子泵是最近才几年开发出来的一种新产品,与传统的伺服阀和比例阀控制的泵相比，有如下特点和优点：,1) 使用高频响比例阀取代比例阀和伺服阀。 2) 多种变量控制取代单一的流量控制。 3) 闭环控制取代开环控制，以适应高精度的泵控系统。 4) 使用数字控制系统。 5) 可以提高控制精度 (由于电反馈补偿 )。 6) 可对压力偏差和温度偏差补偿。 7) 动态响应快，减少压力超调。 8) 流量及功率调整方便。 9) 具有故障诊断功能。 10) 易与PC 和 PLC
12、 控制结合实现机电一体化。,3.5.2 电反馈多功能复合比例控制,9,3.5.2 电反馈多功能复合比例控制,变量泵的压力和斜盘倾角的闭环控制，是通过一个电控高频响比例阀2实现的。该比例阀通过对变量控制大缸1的控制，决定斜盘1的位置。泵的排量与斜盘的位置成比例。变量控制小缸3由弹簧5进行预压紧，并始终与泵出口的压力油相通。,当泵不工作和控制系统的压力为零时，由于弹簧5的作用，斜盘保持在+100%排量（最大)的位置；当泵起动后，如比例阀8失电，该系统被切换到零排量压力，此时滑阀9被弹簧10推到初始位置，而泵的压力p经过阀口A作用到变量控制大缸4上。变量控制小缸3上的泵压与弹簧5的作用力相平衡，使泵
13、的压力在0.81.2 MPa之间。这个基本设定，是在闭环控制电路不工作时实现的(零排量工作，例如控制电路不启动）。,3.5.2 电反馈多功能复合比例控制,3.5.2 电反馈多功能复合比例控制,VT12350的主要技术参数如下: 工作电压：DC24V 输出电压：25V；25mA 输出电流: 最大3.8A 模拟输入：10V或者420mA 数字输入：log0:05V；log1：15V 串口：RS485或RS232 允许的环境温度：0+50C 储存温度范围：20+70C,3.5.2 电反馈多功能复合比例控制,图3-69 位移传感器原理,3.5.2 电反馈多功能复合比例控制,3.5.2 电反馈多功能复合
14、比例控制,图3-71 电子泵的输出特性曲线,3.5.2 电反馈多功能复合比例控制,l)变量泵的压力、斜盘倾角、功率等参数的复合闭环控制，是通过一个电控比例阀来实现的，不像常规的那样，每个参数的控制对应一个变量控制阀。电控泵控制信号的处理完全由电控器完成，这是其重要的优势。,2)在同一个时刻，系统只能对其中的一个参数(或压力，或倾角，或功率特性曲线的曲率)进行精确控制，而其他两个参数则低于给定的指令值。,3.5.2 电反馈多功能复合比例控制,3)需要增大斜盘倾角(增大流量)时，阀芯9需偏离中间位置，使变量控制大缸4通过比例阀阀口AT通道，放出部分油液；当需要减小斜盘倾角时，控制油经过比例阀阀口P
15、A通道，补充进入变量控制大缸4，一旦到达工作点，比例阀阀芯9就被保持在中间位置。也就是说，包括这里使用的比例阀在内，所有的变量控制阀是连续控制阀，即阀芯位置将随输入信号变化而无级变化，所有控制阀都有中间位置，尽管有些原理图并没有画出这个中间位置。 4)这种闭环变量泵的先导控制油，可以来自泵自身(自控)，也可以来自泵外部(它控)，当泵不工作及控制系统的压力为零时，由于弹簧5的作用，斜盘保持在+100(排量最大)的位置。,3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制,图3-72 压力流量功率复合控制变量泵和其特性曲线 a）职能原理图 b)特性曲线,压力,流量,功率,3.5.3 LR2DF型压力
16、+流量+功率复合控制,如图3-72所示复合变量泵中，恒流控制部分采用传统的方式，即以主油路上节流阀前后的压差变化，作为恒流阀q的驱动力。其次，在恒压、恒流与恒功率的复合控制中，恒功率功能优先于恒压与恒流功能。从控制方式看，控制油引自泵的排油口，属于自供式，即在泵未起动的原始状态，依靠弹簧力使变量缸处于排量最大位置。同时3个变量控制阀在原始状态时，也要能保证变量缸敏感腔(大腔)的油液，能在弹簧力作用下排往油箱。在图3-72中节流阀G视为负载。与恒压阀AT阀口并联的液阻R，与图3-66（DFR型变量泵）的液阻R1有类似的功能。,3.5.3 LR2DF型压力+流量+功率复合控制,1) 原动机未起动的原始状态 p、q和P三个功能阀（见图3-72）均处于弹簧位，即p（压力）阀为右位，q（流量）阀为下位，P（功率）阀为左位。由于变量缸大腔(敏感控制腔)油液，在前次运行
