高速開關(guān)式數(shù)字閥控制原理

高速開關(guān)元件PWM（脈寬調(diào)制式）控制思想源于電動(dòng)機(jī)的PWM控制，即通過改變占空比，使一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)輸出的平均值與相應(yīng)時(shí)刻采樣得到的信號(hào)成比例，如果周期是固定不變的，通過改變導(dǎo)通時(shí)間來改變占空比的控制方式。

在流體動(dòng)力系統(tǒng)中，通過控制開關(guān)閥的通斷時(shí)間比，以獲得在某一段時(shí)間內(nèi)流量的平均值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)下一級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。脈寬調(diào)制信號(hào)是具有恒頻率、不同開啟時(shí)間t比率的信號(hào)，如圖20所示，脈寬時(shí)間t_p對(duì)采樣周期T的比值t_p/T為脈寬占空比，用它來表征采樣周期的幅值。用脈寬信號(hào)對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，可將圖20 (a)中的連續(xù)信號(hào)調(diào)制成圖20 (b)中的脈寬信號(hào)。此處調(diào)制的對(duì)象是流量，則每個(gè)采樣周期的平均流量為q=q_nt_p/T，與連續(xù)信號(hào)處的流量相對(duì)應(yīng)，式中q_n為調(diào)制對(duì)象的額定流量。

脈寬調(diào)制(PWM)型高速數(shù)字開關(guān)閥的控制系統(tǒng)框圖如圖21所示。由微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)生脈寬調(diào)制的脈沖序列，經(jīng)脈寬調(diào)制放大器放大后驅(qū)動(dòng)數(shù)字閥，即高速開關(guān)閥控制流量或壓力。由于作用于閥上的信號(hào)是一系列脈沖，所以高速開關(guān)閥也只有與之對(duì)應(yīng)的快速切換“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)，而以開啟時(shí)間的長短來控制流量。在閉環(huán)系統(tǒng)中，由傳感器檢測(cè)輸出信號(hào)反饋到計(jì)算機(jī)中形成閉環(huán)控制。如果信號(hào)是確定的周期信號(hào)或其他給定信號(hào)，可預(yù)先編程存在計(jì)算機(jī)內(nèi)，由計(jì)算機(jī)完成信號(hào)發(fā)生功能；如果信號(hào)是隨機(jī)信號(hào)，則信號(hào)源經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，由計(jì)算機(jī)完成脈寬調(diào)制后輸出。在需要作兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)中，要用兩個(gè)數(shù)字閥分別控制不同方向的運(yùn)動(dòng)。與增量式數(shù)字閥控制系統(tǒng)相同，該系統(tǒng)的性能與計(jì)算機(jī)、放大器、數(shù)字閥有關(guān)，三者相互關(guān)聯(lián)，使用時(shí)必須有這些配套的裝置。

此種控制方式具有不堵塞、抗污染能力強(qiáng)及結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)可以是開環(huán)控制，也可以進(jìn)行閉環(huán)控制。開環(huán)控制不存在穩(wěn)定性問題，控制比較簡單。

閉環(huán)控制精度較高，但控制比較復(fù)雜，傳感器及A/D轉(zhuǎn)換器等價(jià)格比較昂貴。其應(yīng)用范圍受以下缺點(diǎn)的限制：①由于高速開關(guān)閥的PWM控制最終表現(xiàn)為一種機(jī)械信號(hào)的調(diào)制，噪聲大，易于產(chǎn)生壓力脈動(dòng)和沖擊，影響元件自身和系統(tǒng)的壽命及工作可靠性；②控制特性受機(jī)械調(diào)制頻率不易提高的限制。