Пропорциональный регулятор (proportional controller) — это управляющее устройство, которое осуществляет линейную регулировку на основе сигнала отклонения. Его принцип управления заключается в пропорциональной зависимости между входным отклонением и выходным сигналом. Обладает высокой скоростью реакции, но имеет статическое отклонение. При достижении стабильности системы выход регулятора равен нулю, однако фактическое значение управляемого объекта по-прежнему отклоняется от заданного значения, что требует компенсации путём изменения коэффициента усиления с помощью регулировки коэффициента пропорциональности [3].

Пропорциональный регулятор состоит из пропорционального усилителя и пропорционального электромагнита. Пропорциональный электромагнит является электромеханическим преобразователем, который преобразует токовый сигнал в перемещение или усилие, обладая простой конструкцией и удобством обслуживания [1]. Управляющий усилитель обеспечивает электромагнит определённым током, поддерживающим развязку или замкнутый контур управления.

Современные интеллектуальные пропорциональные регуляторы используют интегрированный дизайн, объединяя датчики, усилители и корпус клапана в единое целое, оснащая цифровыми чипами для многофункционального управления. Благодаря оптимизации конструкции, например, оптимизации конструкции ротора перемещения и приводного вала у трёхроторных пропорциональных регуляторов, объём и масса сокращаются примерно на 38% и 50% соответственно при сохранении высокой точности управления [2][4].

Интеллектуальный регулятор может комбинировать управление такими параметрами, как перемещение и скорость, с помощью программных алгоритмов, а также интегрировать функцию реального времени связи [2].

Принцип работы

Пропорциональный регулятор представляет собой систему пропорционального управления, состоящую из пропорционального усилителя и пропорционального электромагнита. Его характеристики напрямую влияют на общие характеристики пропорционального клапана. Даже если отдельные компоненты, такие как пропорциональный усилитель и электромагнит, соответствуют проектным требованиям, их совместная работа не всегда удовлетворяет требованиям системы. Это связано с проблемой согласования параметров между различными элементами системы. Оптимизация комплексных характеристик системы пропорционального управления позволяет корректировать соответствующие параметры, достигая оптимального соответствия, что и является целью проектирования данной системы.

Электрогидравлический пропорциональный клапан — это тип клапана, который непрерывно и пропорционально управляет такими параметрами жидкости, как давление и расход, на основе входного электрического сигнала. Он способен выполнять сложные функции управления, обладает устойчивостью к загрязнениям, низкой стоимостью и быстрой реакцией, поэтому получает всё более широкое применение в гидравлических системах управления.

Пропорциональный усилитель — это электронное устройство, которое подаёт на пропорциональный электромагнит ток определённой величины, обеспечивая развязку или замкнутый контур управления электрогидравлического пропорционального клапана или системы управления.

Пропорциональный электромагнит служит электромеханическим преобразователем в системе электрогидравлического пропорционального управления. Его функция заключается в преобразовании токового сигнала, подаваемого усилителем, в перемещение. Пропорциональный электромагнит обладает большим усилием, простой конструкцией, низкими требованиями к качеству масла, удобством обслуживания и низкой стоимостью, являясь наиболее широко используемым электромеханическим преобразователем в технологии электрогидравлического пропорционального управления [1].

Характеристики и надёжность работы пропорционального электромагнита существенно влияют на работу электрогидравлической системы пропорционального управления и её компонентов, являясь одним из ключевых компонентов данной технологии.

Применение

Пропорциональный регулятор является основной частью электрогидравлической системы пропорционального управления. Современные электрогидравлические регуляторы объединяют в себе усилитель пропорционального управления, интеллектуальный регулятор, интерфейс полевной шины и другие цифровые функциональные модули. Для интеграции с пропорциональным клапаном требуется миниатюрность и высокая эффективность. В Китае до сих пор существуют значительные разрывы в области проектирования регуляторов по сравнению с зарубежными аналогами, особенно в части разработки высокоэффективных решений, где энергопотребление регуляторов остаётся высоким.
Особенности интеллектуальных регуляторов:(1) Компактность и интеграция конструкции: благодаря миниатюризации датчиков и электронных компонентов появились элементы, объединяющие датчики, усилители измерений, усилители управления и клапаны в единый блок. В современных системах пропорционального управления крупнейшие мировые гидравлические компании интегрируют электронные схемы в клапаны или насосы, что позволяет сократить количество проводов и пин-контактов, делает систему более простой, менее требовательной к пользователю и обеспечивающую высокую надежность.

(2) Цифровизация и интеллектуализация: применение цифровых микросхем и микропроцессоров позволяет реализовать ранее аппаратными средствами различные функции управления с помощью программного обеспечения, что делает систему более гибкой, удобной и экономичной. Интеллектуальные узлы с функцией связи могут осуществлять мгновенную связь с другими узлами или центральным контроллером. Гидравлические компоненты каждого узла способны выполнять сбор, обработку и хранение определённых сигналов в соответствии со своими специфическими требованиями, а центральный станций управления может осуществлять контроль на месте, мониторинг всей системы и диагностику неисправностей.

(3) Многофункциональность: например, при управлении одним исполнительным механизмом или насосом с помощью электрогидравлического пропорционального клапана можно одновременно управлять перемещением, скоростью, ускорением, силой или давлением — всё зависит от используемых в системе датчиков, величин обратной связи и алгоритмов управления, либо от переключения электронных схем. [2]