比例帶簡介

定義

比例帶數(shù)字表達(dá)式為：

比例帶PB50%系指：在被控量產(chǎn)生50%的輸入偏差時，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能輸出滿量程(從全開全關(guān))變化。比例帶對調(diào)節(jié)過程影響較大。增大比例帶，它意味比例作用減弱、調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)減小、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和增大系統(tǒng)靜態(tài)偏差；反之，減小比例帶，又意味提高系統(tǒng)精度，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。比例帶是調(diào)節(jié)器主要整定參數(shù)之一。應(yīng)結(jié)合控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行調(diào)整，一般在20%～500%范圍內(nèi)。比例帶與放大倍數(shù)是反映比例作用強(qiáng)弱的兩種表示方法。前者，在給定值不變時，表示比例調(diào)節(jié)器輸出作全量程變化時，輸入的被控量需要改變多少；后者表示比例元件或環(huán)節(jié)的放大作用。

在工業(yè)上所使用的調(diào)節(jié)器，習(xí)慣上而是采用比例度δ(也稱比例帶，在儀表上用P表示)，而不用放大倍數(shù)K_P來衡量比例控制作用的強(qiáng)弱。

所謂比例度指調(diào)節(jié)器輸入的變化與相應(yīng)輸出變化的百分?jǐn)?shù)。比例度就是使調(diào)節(jié)器的輸出變化滿刻度時(也就是調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開或相反)，相應(yīng)的儀表指針變化占儀表測量范圍的百分?jǐn)?shù)，或者說使調(diào)節(jié)器輸出變化滿刻度時，輸入偏差對應(yīng)于指示刻度的百分?jǐn)?shù)。

例如，一只電動比例溫度調(diào)節(jié)器，溫度刻度范圍是50～100℃，電動調(diào)節(jié)器輸出是0～10mA，當(dāng)指示指針從70℃移到80℃時，調(diào)節(jié)器相應(yīng)的輸出電流從3mA變化到8mA，其比例度為δ=40%。

當(dāng)溫度變化全量程的40%時，調(diào)節(jié)器的輸出從0mA變化到10mA，在這個范圍內(nèi)，溫度的變化e和調(diào)節(jié)器的輸出變化△p是成比例的。但當(dāng)溫度變化超過全量程的40%時，(在上例中，即溫度變化超過20℃時)，調(diào)節(jié)器的輸出就不能再跟著變化了，因此，調(diào)節(jié)器的輸出最多只能變化100%。

調(diào)節(jié)器的比例度δ的大小與輸入輸出的關(guān)系如圖3所示。從圖3中可以看出，比例度越大，使輸出變化全范圍時所需的輸入偏差變化區(qū)間也就越大，而比例放大作用就越弱，反之亦然。

比例度δ與放大倍數(shù)K_P成反比，是互為倒數(shù)關(guān)系。調(diào)節(jié)器的比例度δ越小，它的放大倍數(shù)越大，它將偏差(調(diào)節(jié)器輸入)放大的能力也越大，反之亦然。因此比例度δ和放大倍數(shù)K_P一樣，都是表示一個比例調(diào)節(jié)器的控制作用強(qiáng)弱的參數(shù)。

比例系統(tǒng)特點與種類

電液比例閥是比例控制系統(tǒng)中的主要功率放大元件，按輸入電信號指令連續(xù)地成比例地控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量等參數(shù)。與伺服控制系統(tǒng)中的伺服閥相比，在某些方面還有一定的性能差距，但它顯著的優(yōu)點是抗污染能力強(qiáng)，大大地減少了由污染而造成的工作故障，提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性；另一方面比例閥的成本比伺服閥低，結(jié)構(gòu)也簡單，己在許多場合獲得廣泛應(yīng)用。

比例閥按主要功能分類，分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三大類，每一類又可以分為直接控制和先導(dǎo)控制兩種結(jié)構(gòu)形式，直接控制用在小流量小功率系統(tǒng)中，先導(dǎo)控制用在大流量大功率系統(tǒng)中。比例閥的輸入單元是電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器，它將輸入的電信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械量。轉(zhuǎn)換器有伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、力馬達(dá)和力矩馬達(dá)、比例電磁鐵等形式。但常用的比例閥大都采用了比例電磁鐵，比例電磁鐵根據(jù)電磁原理設(shè)計，能使其產(chǎn)生的機(jī)械量(力或力矩和位移)與輸入電信號(電流)的大小成比例，再連續(xù)地控制液壓閥閥芯的位置，進(jìn)而實現(xiàn)連續(xù)地控制液壓系統(tǒng)的壓力、方向和流量。

比例閥有三大類：

（1）比例壓力閥，有溢流閥、減壓閥，分別有直動和先導(dǎo)兩種結(jié)構(gòu);

（2）比例方向閥，有直動和先導(dǎo)兩種結(jié)構(gòu)，直動閥有帶位移傳感器和不帶位移傳感器兩類;

（3）比例流量閥，有比例調(diào)速閥和比例溢流流量控制閥。

比例閥與放大器配套使用，放大器采用電流負(fù)反饋，設(shè)置斜坡信號發(fā)生器，控制升壓、降壓時間或運(yùn)動加速度及減速度。斷電時，能使閥芯處于安全位置。

比例系統(tǒng)選用原則

（1）根據(jù)用途和被控對象選擇比例閥的類型；

（2）正確了解比例閥的動、靜態(tài)指標(biāo)，主要有額定輸出流量、起始電流、滯環(huán)、重復(fù)精度、額定壓力損失、溫飄、響應(yīng)特性、頻率特性等；

（3）根據(jù)執(zhí)行器的工作精度要求選擇比例閥的精度，內(nèi)含反饋閉環(huán)閥的穩(wěn)態(tài)性、動態(tài)品質(zhì)好。如果比例閥的固有特性如滯環(huán)、非線性等無法使被控系統(tǒng)達(dá)到理想的效果時，可以使用軟件程序改善系統(tǒng)的性能；

（4）如果選擇帶先導(dǎo)閥的比例閥，要注意先導(dǎo)閥對油液污染度的要求。一般應(yīng)符合ISO 18/15標(biāo)準(zhǔn)，并在油路上加裝過濾精度為10μm以下的進(jìn)油過濾器；

（5）比例閥的通徑應(yīng)按執(zhí)行器在最高速度時通過的流量來確定，通徑選得過大，會使系統(tǒng)的分辨率降低；

（6）比例閥必須使用與之配套的放大器，閥與放大器的距離應(yīng)盡可能地短。

比例系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)

比例環(huán)節(jié)也稱為無慣性環(huán)節(jié)，對于液壓缸或馬達(dá)，忽略液壓油的可壓縮性和泄漏，液壓缸的流量Q=VA。其中V為活塞速度，A為活塞面積。

其傳遞函數(shù)為：

比例系統(tǒng)比例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

比例控制系統(tǒng)根據(jù)有無反饋分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。如比例閥控制液壓缸或馬達(dá)系統(tǒng)可以實現(xiàn)速度、位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等的控制，其控制系統(tǒng)方框圖如圖1。

由于開環(huán)控制系統(tǒng)的精度比較低，只能應(yīng)用在精度要求不高并且不存在內(nèi)外干擾的場合，但開環(huán)控制系統(tǒng)一般不存在所謂穩(wěn)定性問題。而閉環(huán)控制系統(tǒng)（即反饋控制系統(tǒng)）的優(yōu)點是對內(nèi)部和外部干擾不敏感，但反饋帶來了系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。只要系統(tǒng)穩(wěn)定，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以保持較高的精度。因此，目前普遍采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖2 。