伺服放大器比例放大器檢測(cè)反饋系統(tǒng).ppt

放大器及檢測(cè)反饋系統(tǒng),流體控制工程,目錄,概述 比例放大器介紹 伺服放大器介紹 放大器基本電路 典型應(yīng)用 檢測(cè)反饋系統(tǒng),放大器是用來(lái)控制電液伺服閥和電液比例閥的電子裝置。,按照被控元件是伺服閥還是比例閥，放大器可以分為伺服放大器或比例放大器，兩者之間有共同點(diǎn)也有區(qū)別。,放大器使用的電源有：220V 50Hz 或 DC20-36V; 放大器的輸入控制信號(hào)采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：0-5V，0-10V，0-20mA; 放大器的輸出信號(hào)為閥所匹配的電壓或電流信號(hào)。,從放大器中傳遞的信號(hào)類(lèi)型來(lái)分，有模擬式和數(shù)字式兩種，目前使用較多的是模擬式，即放大器中傳遞、運(yùn)算的信號(hào)均為模擬信號(hào)。,伺服放大器和比例放大器具有相同的基本電路結(jié)構(gòu)，都由輸入電路、調(diào)節(jié)電路、功率放大電路和顫振電路組成。,目前使用較多的放大器有板式和集成式兩種。板式放大器控制性能好，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，但需安裝在機(jī)箱中 ；集成式放大器與閥做成一體，結(jié)構(gòu)緊湊，但參數(shù)調(diào)節(jié)困難，大多數(shù)參數(shù)在閥出廠時(shí)已調(diào)整設(shè)定完畢，用戶(hù)無(wú)法更改。,概述,比例放大器一般用于控制電液比例閥，它可根據(jù)控制要求，為電液比例閥提供特定性能要求的控制電流，并可對(duì)電液比例閥或電液比例控制系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制。 對(duì)比例放大器的基本要求是: 1. 具有較好的輸出/輸入線性增益； 2. 具有良好的穩(wěn)態(tài)控制性能； 3. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，頻帶寬； 4. 抗干擾能力強(qiáng)，有較好的穩(wěn)定性和可靠性； 5. 最好具有死區(qū)補(bǔ)償功能。,比例放大器介紹,一個(gè)傳統(tǒng)的電磁閥被認(rèn)為是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)閥。它可以由簡(jiǎn)單電流通斷的開(kāi)關(guān)設(shè)備來(lái)控制。,比例閥是由一個(gè)可以成比例變化的開(kāi)關(guān)電設(shè)備控制的（類(lèi)似調(diào)光燈的開(kāi)關(guān)）。,通過(guò)改變其中一個(gè)電磁鐵的電流，閥芯移動(dòng)的位移能夠被改變，因此控制了通過(guò)閥的流量。,比例電磁鐵原理,通過(guò)比例閥線圈的電流需要根據(jù)控制需要而調(diào)整，不僅僅是開(kāi)關(guān)式的通斷。 比例閥電磁鐵的結(jié)構(gòu)與開(kāi)關(guān)式電磁鐵是相似的。 電磁鐵包括: - 線圈 (A) - 框架 (B) - 電樞 (C) - 電極片 (D) - 頂針 (E) 電樞被 包在一個(gè)芯軸管（F）中。 (同時(shí)全部的總成經(jīng)常被壓進(jìn)一個(gè)樹(shù)脂塑料的外罩（G）中）,A,B,C,D,F,G,E,1) 電流生成一個(gè)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)主要集中在金屬框架、電機(jī)片和電樞中,2) 然而在磁回路的電機(jī)片和電樞之間有一個(gè)間隙，于是產(chǎn)生一個(gè)力，其作用是關(guān)閉這個(gè)間隙以完成這個(gè)磁回路。,當(dāng)電流流過(guò)線圈時(shí),3)頂針連接著電磁鐵和閥芯，通常移動(dòng)閥芯壓縮彈簧。,4) 電磁鐵產(chǎn)生的力的大小由磁場(chǎng)強(qiáng)度決定，磁場(chǎng)強(qiáng)度與通過(guò)線圈的電流成比例,5）增大線圈電流將加大電磁的力，因此推動(dòng)閥芯壓縮彈簧產(chǎn)生一個(gè)更大的位移。,電磁鐵被設(shè)計(jì)成電磁力(F)與線圈電流(I)成線性比例關(guān)系。這意味著電磁力僅與線圈電流有關(guān)。,比例閥閥芯特點(diǎn),比例閥與開(kāi)關(guān)電磁閥之間的另一個(gè)區(qū)別是閥芯的設(shè)計(jì)。,1) 對(duì)于開(kāi)關(guān)閥，閥芯被設(shè)計(jì)為：當(dāng)閥得電時(shí)，將壓降最小化。,2)這意味著，要控制小流量，對(duì)閥開(kāi)口要求非常小，這很困難。,S,1) 比例閥閥芯具有比較寬的、邊緣帶有槽口的臺(tái)肩。,S,Q,S,S,Q,2) 因此盡管通過(guò)閥的最大流量被減少了（與開(kāi)關(guān)閥對(duì)照）但小流量特別容易控制，閥的開(kāi)口更有規(guī)則。,S,S,Q,依據(jù)控制的最大流量，閥芯的形狀、臺(tái)肩大小或閥芯槽口的大小均不同。,比例放大器示例,1)比例放大器可以用來(lái)控制流量，也可以用來(lái)控制壓力。下圖比例電磁鐵通過(guò)一個(gè)彈簧壓縮閥座推動(dòng)一個(gè)錐閥芯。電磁力越大，推開(kāi)錐閥芯打開(kāi)閥的壓力要求越大。,2) 這是一個(gè)直動(dòng)式溢流閥，多數(shù)此類(lèi)閥只能允許小流量通過(guò)。要通過(guò)較大流量，則需要更大推力的比例電磁鐵。,3) 為控制更大的流量，則可以將直動(dòng)式比例溢流閥作兩級(jí)溢流閥（或減壓閥）的先導(dǎo)級(jí)。這樣可以降低對(duì)比例放大器和電磁鐵的要求。,比例放大器用法,提供給比例閥電磁鐵的電流需要被調(diào)節(jié)，不像應(yīng)用常規(guī)閥時(shí)僅有開(kāi)關(guān)通電或斷電那樣簡(jiǎn)單。在理論上可以通過(guò)使用一個(gè)可變電阻來(lái)完成，實(shí)際上由于發(fā)熱和漂移，可變電阻不能這樣直接應(yīng)用。,一般地，通過(guò)比例閥電磁鐵的電流由一電子放大器控制。簡(jiǎn)單說(shuō)，放大器要求由一個(gè)電源和一個(gè)命令輸入信號(hào)組成。,放大器的輸出（電流）由輸入信號(hào)控制，所有輸入信號(hào)為零，電流輸出也是零。,增加放大器的輸入信號(hào)會(huì)使輸出到閥電磁鐵的電流相應(yīng)的增加。,一個(gè)相對(duì)較大的閥電磁鐵輸入電流（通常2到3安培）是由電源提供的，所有輸入裝置的電流要求非常小（一般僅有幾毫安），因此輸入控制裝置可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的電位計(jì)。,在行走應(yīng)用中，輸入裝置可以是一個(gè)操作桿型的電位計(jì)。,在越來(lái)越多的應(yīng)用中，輸入信號(hào)可以由控制器產(chǎn)生（例如，一個(gè)PLC可編程控制器），可以直接輸入到閥放大器以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾娏鳌?伺服放大器介紹,伺服放大器一般用于控制電液伺服閥，它將輸入指令信號(hào)同系統(tǒng)反饋信號(hào)進(jìn)行比較，并將比較后的偏差信號(hào)加以運(yùn)算和放大，輸出一個(gè)與偏差電壓信號(hào)成一定函數(shù)關(guān)系的控制電流，進(jìn)入到伺服閥的力（矩）馬達(dá)繞組中。 對(duì)伺服放大器的基本要求是: 1. 具有為調(diào)整系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益所需要的電流放大系數(shù)(毫安/伏)。 2. 具有足夠的輸出功率。 3. 輸出特性應(yīng)具有飽和(限幅)特性，以便出現(xiàn)偶然大偏差信號(hào)時(shí)，將輸出給伺服閥的電流限制在允許的范圍內(nèi)，起保護(hù)伺服閥的作用。 4. 零點(diǎn)漂移小，線性度好。放大倍數(shù)越高要求零漂越小。直流放大器的主要矛盾是要求放大倍數(shù)很高而漂移又很小，放大器的類(lèi)型和線路都是為著減少漂移而出現(xiàn)的。 5. 良好的頻率特性。 6. 具有較高的輸入/輸出線形增益，調(diào)零和增益調(diào)整方便，線路可靠等。,伺服放大器和比例放大器具有相同的基本電路結(jié)構(gòu)，都由輸入電路、調(diào)節(jié)電路、功率放大電路和顫振電路組成。,放大器主要基本電路,輸入電路,電壓調(diào)節(jié)電路,為了獲得較好的輸出信號(hào)品質(zhì)，需要各種電壓調(diào)節(jié)電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，使閥或系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)控制性能和工作穩(wěn)定性。,功率放大電路,顫振電路,除了以上電路外，放大器中還有測(cè)量放大電路、階躍信號(hào)和斜坡信號(hào)電路、電源電路等基本電路和一些特殊功能電路，如顯示電路、報(bào)警電路等。,測(cè)量放大電路系統(tǒng)中的位移、壓力等實(shí)際輸出參數(shù)需經(jīng)各種傳感器檢測(cè)并反饋至放大器的輸入端，形成系統(tǒng)的閉環(huán)反饋控制，這時(shí)傳感器的檢測(cè)信號(hào)往往不能直接引用，需用測(cè)量放大電路將檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理放大。,斜坡信號(hào)電路將輸入的階躍信號(hào)變化為一個(gè)緩慢上升或緩慢下降的連續(xù)信號(hào)，信號(hào)的變化速率一般可通過(guò)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。,電源電路為放大器的正常工作提供能源，作用是從標(biāo)準(zhǔn)電源中獲得當(dāng)大器正常工作所需的各種直流穩(wěn)定電源，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載電流等發(fā)生小幅變化時(shí)，保證輸出電流電源的穩(wěn)定性。同時(shí)電源電路還有過(guò)流、短路、電壓極性反接等自動(dòng)保護(hù)功能。,報(bào)警電路用于指示放大器在工作中出現(xiàn)的各種可能錯(cuò)誤。如電源電壓異常、過(guò)載、輸入信號(hào)超出范圍、傳感器檢測(cè)信號(hào)出錯(cuò)等。,典型應(yīng)用,號(hào)由端口13、15接至電液伺服閥。要注意的是根據(jù)不同型號(hào)伺服閥的額定電流值選擇不同的輸出電流量程，如圖中的伺服閥的額定電流是100mA。接線無(wú)誤后可通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)來(lái)獲得伺服閥和伺服系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。,威格士的比例放大器如圖12所示。該放大器有5個(gè)電壓信號(hào)輸入端和1個(gè)電流信號(hào)輸入端，具有斜坡信號(hào)調(diào)節(jié)工程、死區(qū)補(bǔ)償調(diào)節(jié)、閥芯位移反饋檢測(cè)控制等功能。該放大器為帶反饋控制型，可用