增量式數(shù)字閥控制原理

增量式數(shù)字閥控制系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示。微型計算機（下簡稱微機）發(fā)出脈沖序列經(jīng)驅(qū)動器放大后使步進電動機工作。步進電動機是一個數(shù)字元件．根據(jù)增量控制方式工作。增量控制方式是由脈沖數(shù)字調(diào)制法演變而成的一種數(shù)字控制方法，是在脈沖數(shù)字信號的基礎上，使每個采樣周期的步數(shù)在前一采樣周期的步數(shù)上增加或減少一些步數(shù)，從而達到需要的幅值。步進電動機轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖數(shù)成比例，步進電動機每得到一個脈沖信號，步進電動機的轉(zhuǎn)子便沿給定方向轉(zhuǎn)動一固定的步距角，再通過機械轉(zhuǎn)換器（絲桿螺母副或凸輪機構(gòu)）使轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為軸向位移，使閥口獲得一相應開度，從而獲得與輸入脈沖數(shù)成比例的壓力和流量。有時，閥中還設置用以提高閥重復精度的零位傳感器和用以顯示被控量的顯示裝置。增量式數(shù)字閥的輸入和輸出信號波形圖如圖2所示。由圖2可見，閥的輸出量與輸入脈沖數(shù)成正比，輸出響應速度與輸入脈沖頻率成正比。對應于步進電動機的步距角，閥的輸出量有一定的分辨率，它直接決定了閥的最高控制精度。

步進電動機是電液數(shù)字閥的重要組成部分，它是一種數(shù)字式的回轉(zhuǎn)運動電氣機械轉(zhuǎn)換器，利用電磁作用原理工作，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應的角位移。步進電動機由專用的驅(qū)動電源（控制器）供給電脈沖，每輸入一個脈沖，電動機輸出軸就轉(zhuǎn)動一個步距角（常見的步距角有0.75"、0.9"、1.5"、1.8"、3"等），實現(xiàn)步進式運動。

下表是某公司生產(chǎn)的增量式數(shù)字閥規(guī)格系列。

某公司生產(chǎn)的增量式數(shù)字閥規(guī)格系列

按工作原理不同，步進電動機有反應式（轉(zhuǎn)子為軟磁材料）、永磁式（轉(zhuǎn)子材料為永久磁鐵）和混合式（轉(zhuǎn)子中既有永久磁鐵又有軟磁體）等。其中反應式步進電動機結(jié)構(gòu)簡單，應用普遍；永磁式步進電動機步距角大，不適宜控制；混合式步進電動機自定位能力強，步距角較小?；旌鲜讲竭M電動機用作電液數(shù)字流量閥和電液數(shù)字壓力閥的電氣機械轉(zhuǎn)換器，控制性能和效果良好。

增量式數(shù)字閥具有以下優(yōu)點：①步進電動機本身就是一個數(shù)字式元件，這便于與計算機接口連接，簡化了閥的結(jié)構(gòu)，降低了成本，并且步進電動機沒有累積誤差，重復性好，當采用細分式驅(qū)動電路后，理論上可以達到任何等級的定位精度，如一些公司及研究院所研制的步進數(shù)字閥定位精度均達到0.1%；②步進電動機幾乎沒有滯環(huán)誤差，因此整個閥的滯環(huán)誤差很小，一些公司及研究院所研制的數(shù)字閥滯環(huán)誤差均在0.5%以內(nèi)；③步進電動機的控制信號為脈沖邏輯信號，因此整個閥的可靠性和抗干擾能力都比相應的比例閥和伺服閥好；④增量式數(shù)字閥對閥體沒有特別的要求，可以沿用現(xiàn)有比例閥或常規(guī)閥的閥體，由于增量式數(shù)字閥具有許多突出的優(yōu)點，因此這類閥獲得廣泛的應用。

應根據(jù)實際使用要求的負載力矩、運行頻率、控制精度等，依據(jù)制造商的產(chǎn)品型錄（或樣本）及使用指南提供的運行參數(shù)和矩頻特性曲線，選擇合適步進電動機型號及其配套的驅(qū)動電源。步進電動機在使用中應注意合理確定運行頻率，否則將導致帶載能力降低而產(chǎn)生丟步甚至停轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使步進電動機工作失常。