電液數(shù)字控制簡介

一、電液數(shù)字控制技術(shù)的特點(diǎn)

采用傳統(tǒng)比例閥或伺服閥等模擬信號(hào)控制元件構(gòu)成的系統(tǒng)，一般通過D/A接口實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，這是目前國內(nèi)外液壓與氣動(dòng)數(shù)字控制流行的方法。這種方法存在如下缺點(diǎn)：

(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(shí)，也使控制器對(duì)閥本身的非線性因素如死區(qū)、滯環(huán)等難以實(shí)現(xiàn)徹底補(bǔ)償。

(2)增加了D/A接口電路。

(3)用于驅(qū)動(dòng)比例閥和伺服閥的比例電磁鐵和力矩馬達(dá)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(diǎn)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(hào)作用下，由鐵損而引起的溫升較為嚴(yán)重。

數(shù)字液壓元件與計(jì)算機(jī)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(jià)格低廉、抗污染能力強(qiáng)、可在惡劣的環(huán)境下工作等優(yōu)勢(shì)。

另一方面，數(shù)字元件的輸出量可由脈沖頻率或?qū)挾冗M(jìn)行高可靠性調(diào)節(jié)控制，具備抗干擾能力強(qiáng)，較高開環(huán)控制精度等特點(diǎn)。

二、電液間接與直接數(shù)字控制技術(shù)

用數(shù)字信號(hào)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(dòng)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(shí)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(duì)閥本身的非線性因素如死區(qū)、滯環(huán)等難以實(shí)現(xiàn)徹底補(bǔ)償；另一方面用于驅(qū)動(dòng)比例閥和伺服閥的比例電磁鐵和力矩馬達(dá)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(diǎn)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(hào)作用下，由鐵損而引起溫升較為嚴(yán)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(jìn)電動(dòng)機(jī)直接數(shù)字控制兩種方法。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型又有三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)之分，二者在實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字閥的控制上有所不同，前者需要配合適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，后者則可直接進(jìn)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(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。該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)。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(jī)械信號(hào)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(yán)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(jī)械調(diào)制頻率不易提高的限制。

(2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接數(shù)字控制。這種方法利用數(shù)字執(zhí)行元件步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（或者加適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)一直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)）驅(qū)動(dòng)閥心實(shí)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(jìn)的方式工作，因而常稱為步進(jìn)式數(shù)字閥。

3．?dāng)?shù)字式電機(jī)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(hào)與輸入信號(hào)之間成連續(xù)比例關(guān)系，后者接受方波信號(hào)或脈沖信號(hào)控制，其輸出信號(hào)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(jìn)式兩種。