比例带简介

定义

比例带数字表达式为：

比例带PB50%系指：在被控量产生50%的输入偏差时，调节机构能输出满量程(从全开全关)变化。比例带对调节过程影响较大。增大比例带，它意味比例作用减弱、调节器放大倍数减小、提高系统稳定性和增大系统静态偏差；反之，减小比例带，又意味提高系统精度，降低系统稳定性。比例带是调节器主要整定参数之一。应结合控制系统的要求进行调整，一般在20%～500%范围内。比例带与放大倍数是反映比例作用强弱的两种表示方法。前者，在给定值不变时，表示比例调节器输出作全量程变化时，输入的被控量需要改变多少；后者表示比例元件或环节的放大作用。

在工业上所使用的调节器，习惯上而是采用比例度δ(也称比例带，在仪表上用P表示)，而不用放大倍数K_P来衡量比例控制作用的强弱。

所谓比例度指调节器输入的变化与相应输出变化的百分数。比例度就是使调节器的输出变化满刻度时(也就是调节阀从全关到全开或相反)，相应的仪表指针变化占仪表测量范围的百分数，或者说使调节器输出变化满刻度时，输入偏差对应于指示刻度的百分数。

例如，一只电动比例温度调节器，温度刻度范围是50～100℃，电动调节器输出是0～10mA，当指示指针从70℃移到80℃时，调节器相应的输出电流从3mA变化到8mA，其比例度为δ=40%。

当温度变化全量程的40%时，调节器的输出从0mA变化到10mA，在这个范围内，温度的变化e和调节器的输出变化△p是成比例的。但当温度变化超过全量程的40%时，(在上例中，即温度变化超过20℃时)，调节器的输出就不能再跟着变化了，因此，调节器的输出最多只能变化100%。

调节器的比例度δ的大小与输入输出的关系如图3所示。从图3中可以看出，比例度越大，使输出变化全范围时所需的输入偏差变化区间也就越大，而比例放大作用就越弱，反之亦然。

比例度δ与放大倍数K_P成反比，是互为倒数关系。调节器的比例度δ越小，它的放大倍数越大，它将偏差(调节器输入)放大的能力也越大，反之亦然。因此比例度δ和放大倍数K_P一样，都是表示一个比例调节器的控制作用强弱的参数。

比例系统特点与种类

电液比例阀是比例控制系统中的主要功率放大元件，按输入电信号指令连续地成比例地控制液压系统的压力、流量等参数。与伺服控制系统中的伺服阀相比，在某些方面还有一定的性能差距，但它显著的优点是抗污染能力强，大大地减少了由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性；另一方面比例阀的成本比伺服阀低，结构也简单，己在许多场合获得广泛应用。

比例阀按主要功能分类，分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类，每一类又可以分为直接控制和先导控制两种结构形式，直接控制用在小流量小功率系统中，先导控制用在大流量大功率系统中。比例阀的输入单元是电一机械转换器，它将输入的电信号转换成机械量。转换器有伺服电机和步进电机、力马达和力矩马达、比例电磁铁等形式。但常用的比例阀大都采用了比例电磁铁，比例电磁铁根据电磁原理设计，能使其产生的机械量(力或力矩和位移)与输入电信号(电流)的大小成比例，再连续地控制液压阀阀芯的位置，进而实现连续地控制液压系统的压力、方向和流量。

比例阀有三大类：

（1）比例压力阀，有溢流阀、减压阀，分别有直动和先导两种结构;

（2）比例方向阀，有直动和先导两种结构，直动阀有带位移传感器和不带位移传感器两类;

（3）比例流量阀，有比例调速阀和比例溢流流量控制阀。

比例阀与放大器配套使用，放大器采用电流负反馈，设置斜坡信号发生器，控制升压、降压时间或运动加速度及减速度。断电时，能使阀芯处于安全位置。

比例系统选用原则

（1）根据用途和被控对象选择比例阀的类型；

（2）正确了解比例阀的动、静态指标，主要有额定输出流量、起始电流、滞环、重复精度、额定压力损失、温飘、响应特性、频率特性等；

（3）根据执行器的工作精度要求选择比例阀的精度，内含反馈闭环阀的稳态性、动态品质好。如果比例阀的固有特性如滞环、非线性等无法使被控系统达到理想的效果时，可以使用软件程序改善系统的性能；

（4）如果选择带先导阀的比例阀，要注意先导阀对油液污染度的要求。一般应符合ISO 18/15标准，并在油路上加装过滤精度为10μm以下的进油过滤器；

（5）比例阀的通径应按执行器在最高速度时通过的流量来确定，通径选得过大，会使系统的分辨率降低；

（6）比例阀必须使用与之配套的放大器，阀与放大器的距离应尽可能地短。

比例系统比例环节

比例环节也称为无惯性环节，对于液压缸或马达，忽略液压油的可压缩性和泄漏，液压缸的流量Q=VA。其中V为活塞速度，A为活塞面积。

其传递函数为：

比例系统比例系统结构

比例控制系统根据有无反馈分为开环控制和闭环控制。如比例阀控制液压缸或马达系统可以实现速度、位移、转速和转矩等的控制，其控制系统方框图如图1。

由于开环控制系统的精度比较低，只能应用在精度要求不高并且不存在内外干扰的场合，但开环控制系统一般不存在所谓稳定性问题。而闭环控制系统（即反馈控制系统）的优点是对内部和外部干扰不敏感，但反馈带来了系统的稳定性问题。只要系统稳定，闭环控制系统可以保持较高的精度。因此，目前普遍采用闭环控制系统，如图2 。