電液數(shù)字控制簡介
一、電液數(shù)字控制技術(shù)的特點
采用傳統(tǒng)比例閥或伺服閥等模擬信號控制元件構(gòu)成的系統(tǒng),一般通過D/A接口實現(xiàn)數(shù)字控制,這是目前國內(nèi)外液壓與氣動數(shù)字控制流行的方法。這種方法存在如下缺點:
(1)由于控制器中存在著模擬電路,易于產(chǎn)生溫漂和零漂,這不僅使系統(tǒng)易受溫度變化的影響;同時,也使控制器對閥本身的非線性因素如死區(qū)、滯環(huán)等難以實現(xiàn)徹底補償。
(2)增加了D/A接口電路。
(3)用于驅(qū)動比例閥和伺服閥的比例電磁鐵和力矩馬達存在著固有的磁滯現(xiàn)象,導(dǎo)致閥的外控制特性表現(xiàn)出2%~8%的滯環(huán),控制特性較差。
(4)由于結(jié)構(gòu)特點所決定,比例電磁鐵的磁路一般由整體式磁性材料構(gòu)成,在高頻信號作用下,由鐵損而引起的溫升較為嚴重。
數(shù)字液壓元件與計算機連接不需要D/A轉(zhuǎn)換器,省去了模擬量控制要求各環(huán)節(jié)間的線性和連續(xù)性。與伺服閥、比例閥相比,數(shù)字液壓元件具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、價格低廉、抗污染能力強、可在惡劣的環(huán)境下工作等優(yōu)勢。
另一方面,數(shù)字元件的輸出量可由脈沖頻率或?qū)挾冗M行高可靠性調(diào)節(jié)控制,具備抗干擾能力強,較高開環(huán)控制精度等特點。
二、電液間接與直接數(shù)字控制技術(shù)
用數(shù)字信號直接控制液流的壓力、流量和方向的閥,稱為電液數(shù)字閥(簡稱數(shù)字閥)。電液數(shù)字閥主要有增量式數(shù)字閥、高速開關(guān)數(shù)字閥以及閥組式數(shù)字閥和數(shù)碼調(diào)節(jié)閥。電液數(shù)字閥的控制技術(shù)包括電液間接與直接數(shù)字控制技術(shù)。
1.電液間接數(shù)字控制技術(shù)
液壓與氣動間接數(shù)字控制技術(shù)的基本方法是將比例閥(或伺服閥)與控制放大器構(gòu)成控制系統(tǒng),一般通過D/A接口實現(xiàn)數(shù)字控制。這種控制方法存在的缺陷與不足是:一方面由于控制器存在模擬電路,易于產(chǎn)生溫漂和零漂,這不僅使系統(tǒng)易受溫度變化的影響,也使控制器對閥本身的非線性因素如死區(qū)、滯環(huán)等難以實現(xiàn)徹底補償;另一方面用于驅(qū)動比例閥和伺服閥的比例電磁鐵和力矩馬達存在著固有的磁滯現(xiàn)象,導(dǎo)致閥的外控特性表現(xiàn)出2%~8%的滯環(huán),提高了閥的成本。除此之外,由于控制器結(jié)構(gòu)特點所決定,比例電磁鐵的磁路一般只能由整體式磁性材料構(gòu)成,在高頻信號作用下,由鐵損而引起溫升較為嚴重。
2.電液直接數(shù)字控制技術(shù)
電液直接控制技術(shù)主要有高速開關(guān)閥的PWM控制和步進電動機直接數(shù)字控制兩種方法。步進電動機的類型又有三相步進電動機和直線步進電動機之分,二者在實現(xiàn)對數(shù)字閥的控制上有所不同,前者需要配合適當?shù)膫鲃訖C構(gòu),后者則可直接進行直線控制。
(1)高速開關(guān)閥的PWM控制。通過控制開關(guān)元件的通斷時間比,以獲得在某一段時間內(nèi)流量的平均值,進而實現(xiàn)對下一級執(zhí)行機構(gòu)的控制。該控制方式具有不堵塞、抗污染能力強及結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。但是也存在以下不足:一方面高速開關(guān)閥的PWM控制最終表現(xiàn)為一種機械信號的調(diào)制,易于誘發(fā)管路中的壓力脈沖和沖擊,從而影響元件自身和系統(tǒng)壽命及工作的可靠性;另一方面元件的輸入與輸出之間沒有嚴格比例關(guān)系,一般不用于開環(huán)控制。除此之外控制特性受機械調(diào)制頻率不易提高的限制。
(2)步進電動機直接數(shù)字控制。這種方法利用數(shù)字執(zhí)行元件步進電動機(或者加適當?shù)男D(zhuǎn)一直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu))驅(qū)動閥心實現(xiàn)直接數(shù)字控制。由于這類數(shù)字控制元件一般按步進的方式工作,因而常稱為步進式數(shù)字閥。
3.數(shù)字式電機械轉(zhuǎn)換元件
電液控制元件主要分為電液比例/伺服控制元件和數(shù)字控制元件兩大類。前者的輸出信號與輸入信號之間成連續(xù)比例關(guān)系,后者接受方波信號或脈沖信號控制,其輸出信號為開關(guān)狀態(tài)或與輸入的脈沖數(shù)呈離散比例關(guān)系。因而數(shù)字元件又可分為高速開關(guān)元件和離散式比例控制元件,離散式比例控制元件一般又分為閥組式和步進式兩種。