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）控制思想源于電動機(jī)的PWM控制，即通過改變占空比，使一個周期時間內(nèi)輸出的平均值與相應(yīng)時刻采樣得到的信號成比例，如果周期是固定不變的，通過改變導(dǎo)通時間來改變占空比的控制方式。

在流體動力系統(tǒng)中，通過控制開關(guān)閥的通斷時間比，以獲得在某一段時間內(nèi)流量的平均值，進(jìn)而實現(xiàn)對下一級執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。脈寬調(diào)制信號是具有恒頻率、不同開啟時間t比率的信號，如圖20所示，脈寬時間t_p對采樣周期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。用脈寬信號對連續(xù)信號進(jìn)行調(diào)制，可將圖20 (a)中的連續(xù)信號調(diào)制成圖20 (b)中的脈寬信號。此處調(diào)制的對象是流量，則每個采樣周期的平均流量為q=q_nt_p/T，與連續(xù)信號處的流量相對應(yīng)，式中q_n為調(diào)制對象的額定流量。

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是一系列脈沖，所以高速開關(guān)閥也只有與之對應(yīng)的快速切換“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)，而以開啟時間的長短來控制流量。在閉環(huán)系統(tǒng)中，由傳感器檢測輸出信號反饋到計算機(jī)中形成閉環(huán)控制。如果信號是確定的周期信號或其他給定信號，可預(yù)先編程存在計算機(jī)內(nèi)，由計算機(jī)完成信號發(fā)生功能；如果信號是隨機(jī)信號，則信號源經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入計算機(jī)內(nèi)，由計算機(jī)完成脈寬調(diào)制后輸出。在需要作兩個方向運(yùn)動的系統(tǒng)中，要用兩個數(shù)字閥分別控制不同方向的運(yùn)動。與增量式數(shù)字閥控制系統(tǒng)相同，該系統(tǒng)的性能與計算機(jī)、放大器、數(shù)字閥有關(guān)，三者相互關(guān)聯(lián)，使用時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)械信號的調(diào)制，噪聲大，易于產(chǎn)生壓力脈動和沖擊，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。