電液數字控制簡介

一、電液數字控制技術的特點

采用傳統比例閥或伺服閥等模擬信號控制元件構成的系統，一般通過D/A接口實現數字控制，這是目前國內外液壓與氣動數字控制流行的方法。這種方法存在如下缺點：

(1)由于控制器中存在著模擬電路，易于產生溫漂和零漂，這不僅使系統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、滯環等難以實現徹底補償。

(2)增加了D/A接口電路。

(3)用于驅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象，導致閥的外控制特性表現出2%～8%的滯環，控制特性較差。

(4)由于結構特點所決定，比例電磁鐵的磁路一般由整體式磁性材料構成，在高頻信號作用下，由鐵損而引起的溫升較為嚴重。

數字液壓元件與計算機連接不需要D/A轉換器，省去了模擬量控制要求各環節間的線性和連續性。與伺服閥、比例閥相比，數字液壓元件具有結構簡單、工藝性好、價格低廉、抗污染能力強、可在惡劣的環境下工作等優勢。

另一方面，數字元件的輸出量可由脈沖頻率或寬度進行高可靠性調節控制，具備抗干擾能力強，較高開環控制精度等特點。

二、電液間接與直接數字控制技術

用數字信號直接控制液流的壓力、流量和方向的閥，稱為電液數字閥（簡稱數字閥）。電液數字閥主要有增量式數字閥、高速開關數字閥以及閥組式數字閥和數碼調節閥。電液數字閥的控制技術包括電液間接與直接數字控制技術。

1．電液間接數字控制技術

液壓與氣動間接數字控制技術的基本方法是將比例閥（或伺服閥）與控制放大器構成控制系統，一般通過D/A接口實現數字控制。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，易于產生溫漂和零漂，這不僅使系統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、滯環等難以實現徹底補償；另一方面用于驅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象，導致閥的外控特性表現出2%～8%的滯環，提高了閥的成本。除此之外，由于控制器結構特點所決定，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．電液直接數字控制技術

電液直接控制技術主要有高速開關閥的PWM控制和步進電動機直接數字控制兩種方法。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，二者在實現對數字閥的控制上有所不同，前者需要配合適當的傳動機構，后者則可直接進行直線控制。

(1)高速開關閥的PWM控制。通過控制開關元件的通斷時間比，以獲得在某一段時間內流量的平均值，進而實現對下一級執行機構的控制。該控制方式具有不堵塞、抗污染能力強及結構簡單的優點。但是也存在以下不足：一方面高速開關閥的PWM控制最終表現為一種機械信號的調制，易于誘發管路中的壓力脈沖和沖擊，從而影響元件自身和系統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系，一般不用于開環控制。除此之外控制特性受機械調制頻率不易提高的限制。

(2)步進電動機直接數字控制。這種方法利用數字執行元件步進電動機（或者加適當的旋轉一直線運動轉換機構）驅動閥心實現直接數字控制。由于這類數字控制元件一般按步進的方式工作，因而常稱為步進式數字閥。

3．數字式電機械轉換元件

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比例關系，后者接受方波信號或脈沖信號控制，其輸出信號為開關狀態或與輸入的脈沖數呈離散比例關系。因而數字元件又可分為高速開關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。