20世纪80年代初逐渐完善和普及的计算机控制技术,为电子技术和液压技术的结合奠定了基础,大大提高了液压传动与控制的功能和能力。可以说,电液控制技术是以电子信息为先导,流体(液体和气体)为介质实现能量的转换与控制,即电子与流体传动的密切结合所形成的新兴学科,既发扬了液压传动的优点,又克服了液压传动的许多缺点,促进了机、电、液一体化技术的快速发展,可以满足汽车、飞机、舰船等设备工作要求的现代先进控制技术。
1.汽车电液控制技术的发展
电液控制特别是电液伺服控制在自动化领域占有重要位置,凡是需要大功率、快速、精确反应的机电系统上,都采用了电液控制技术。现代飞机、现代舰船、现代汽车等在智能控制、故障检测和诊断、地面模拟器的加载和控制、导弹等飞行器的姿态控制等领域,通常首选电液控制技术。
电液控制技术相对于纯机械传动和电传动而言,具有许多突出的优点,因而发展迅速,现已广泛地应用在机械制造、工程建筑、交通运输、军工机械、石油化工、矿山、冶金、船舶、航空、航天、农业机械、轻工、食品、渔业、林业等各个方面。它们已经和机械、电气等综合地应用于各种机械设备中,同时已经成为汽车中不可缺少的一部分。
电液控制技术将会在以下几个方面取得较大发展:
(1)高压大功率 高压的目的是为了减轻系统的重量和结构尺寸,大功率是为了解决大惯量和重负载的拖动问题。
(2)高可靠性 液压控制设备都是高性能的机器,对油的污染和温度变化非常敏感,所以其工作可靠性越来越重要。为了提高可靠性,除了机器本身的研究与改良,如增加监测与诊断技术外,目前还采用余度技术和重构技术。
(3)动态解析与仿真 利用计算机进行电液控制系统的仿真,特别是系统动态的仿真研究,针对电液控制系统存在的多目标、大惯量、变参数、非线性、外干扰和复杂控制对象,研究系统的补偿问题和近代控制策略。
(4)数字控制 与微型计算机结合,把模拟控制发展为数字控制,开发各种形式的数字阀、数字缸、高速开关阀等,利用计算机进行更加复杂的控制功能,促进电液控制技术的智能化发展。
(5)降低成本 实现元件结构简单化、提高元件抗污染能力。(www.daowen.com)
2.电液控制技术的竞争优势
对汽车等行走设备,其对应用的控制技术要求要比固定设备严格得多。通常有以下几个方面:
1)重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、使用维护方便、成本低、生产周期短等。
2)在要求的持续工作时间内,有足够的功率输出,满足力矩和速度的要求。
3)具有良好的动态性能,在大惯性负载下保持稳定性和快速性。
4)抗干扰能力强,对外界环境的影响(如冲击、振动、加速度过载、高低温等)不敏感,负载刚度大。
对于汽车上长期存在的两种动力源——电源和液压源,曾经有研究者想把液压源去掉,实现纯电汽车,但是没有做到。原因是通过对比,在相同的空间里,液压技术更有力,刚度更好、体积更小、重量更轻。液压传动与控制的力矩重量比是纯电气传动无法相比的。所以,采用电液控制技术在一个相当长的时期仍然是汽车工业的首选。同时,电液控制系统体积小,方便散热,节约能量。电液控制系统的静、动态精度控制的功率放大倍数可达106,系统刚度大,满足车辆的抗负载干扰的要求,定位精准。而且液压油兼起润滑剂的作用,液压元件的寿命长。另外,电液控制系统调速范围宽,高低速比可达400以上,传动平稳,有良好的低速稳定性,传动形式可以是直线式,也可以是转动式。射频干扰小,应用范围比纯电气广。
电液控制系统应用广泛的另一个重要原因,和它可以使用多种能源形式有关。如液压泵可以直接由发动机带动,或燃气轮机带动,或燃气马达带动,另外还可以用电池组和电动机液压泵能源系统,气体积压式液压能源。这些系统用于各自的特定条件下,既能保证可靠工作,又能在总体架构重量和体积方面优于电气类型的伺服机构,特别是在大型自行式液压载重车中,很容易实现电液控制系统的模块化,可以实现超大、超重的设备或整体工厂运输。
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