新型液壓元件及集成技術(shù)(第6章)

1、新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件新型液壓元件 與集成技術(shù)與集成技術(shù) (New-type Hydraulic Component & Integrated Technology) (New-type Hydraulic Component & Integrated Technology) 授課教師：龍威授課教師：龍威新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 掌握新型液壓元件（插裝閥、疊加閥、數(shù)字元件等）的工作原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 了解和掌握新型液壓元件及系統(tǒng)中的比例控制技術(shù)了解和掌握新型液壓元件及系統(tǒng)中的比例控制技術(shù)了解和掌握新型液壓元件

2、及系統(tǒng)中的數(shù)字控制技術(shù) 了解和掌握新型液壓元件及系統(tǒng)的集成技術(shù)等學(xué)科理論和知識(shí) 了解采用新型液壓元件的液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)新型液壓元件有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)和了解，并掌握相關(guān)知識(shí)新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件新型液壓元件及集成技術(shù)及集成技術(shù)新型液壓閥與集成系統(tǒng)電液比例技術(shù)的基礎(chǔ)理論液壓控制放大器電液比例控制系統(tǒng)與集成技術(shù)插裝閥及其集成技術(shù)數(shù)字式液壓元件與集成技術(shù) 液壓元件疊加集成技術(shù)新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 由數(shù)字信號(hào)直接控制的液壓元件，稱為數(shù)字式液壓元件。由數(shù)字信號(hào)直接控制的液壓元件，稱為數(shù)字式液壓元件。數(shù)字控制是指

3、控制信號(hào)在進(jìn)行處理和運(yùn)算過程中，是以數(shù)字?jǐn)?shù)字控制是指控制信號(hào)在進(jìn)行處理和運(yùn)算過程中，是以數(shù)字量的形式來(lái)進(jìn)行的控制形式。量的形式來(lái)進(jìn)行的控制形式。 液壓控制進(jìn)入了與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的電子液壓控制階段，液壓控制進(jìn)入了與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的電子液壓控制階段，出現(xiàn)了模擬式流體控制及脈沖流體控制，稱為連續(xù)流體控制出現(xiàn)了模擬式流體控制及脈沖流體控制，稱為連續(xù)流體控制和脈沖流體控制。脈沖流體控制是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可直接進(jìn)和脈沖流體控制。脈沖流體控制是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可直接進(jìn)行控制的流體脈沖，從而使液壓控制數(shù)字化。即用液壓產(chǎn)生行控制的流體脈沖，從而使液壓控制數(shù)字化。即用液壓產(chǎn)生很大的動(dòng)力，通過微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的信息處理，

4、能對(duì)大很大的動(dòng)力，通過微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的信息處理，能對(duì)大功率系統(tǒng)完成高精度、高速度和高可靠性的控制法。這就是功率系統(tǒng)完成高精度、高速度和高可靠性的控制法。這就是液壓數(shù)字控制的本質(zhì)。液壓數(shù)字控制的本質(zhì)。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 電、液、氣控制的分類電、液、氣控制的分類模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)電輸入放大器控制閥特征流體輸出線性運(yùn)算器線性放大器模擬信號(hào)伺服閥比例閥步進(jìn)電機(jī)操縱閥高速開關(guān)閥輸出脈沖流體普通開關(guān)閥連續(xù)地輸出流體微型電子計(jì)算機(jī)D/A轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)單的晶體管放大器脈沖信號(hào)程序裝置 低電流、高速響應(yīng)、輕型；低壓力損失；PWM 脈寬調(diào)制PFM 脈沖頻率調(diào)制PNM 脈數(shù)調(diào)制

5、PCM 脈沖碼調(diào)制PAM 脈幅調(diào)制微機(jī)繼電器開關(guān)新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 液壓數(shù)字控制技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是可以采用各種控制理論，液壓數(shù)字控制技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是可以采用各種控制理論，甚至智能控制理論，形成先進(jìn)的控制手段，保證電液系統(tǒng)獲得甚至智能控制理論，形成先進(jìn)的控制手段，保證電液系統(tǒng)獲得最優(yōu)的性能，控制功能更強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算，可以采用最優(yōu)的性能，控制功能更強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算，可以采用軟件代替部分復(fù)雜的硬件，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)控制精度。軟件代替部分復(fù)雜的硬件，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)控制精度。它充分地結(jié)合了液壓能傳遞較大功率的優(yōu)越性與電子控制及計(jì)它充分地

6、結(jié)合了液壓能傳遞較大功率的優(yōu)越性與電子控制及計(jì)算機(jī)控制的靈活性。目前研制開發(fā)的數(shù)字式液壓元件產(chǎn)品，有算機(jī)控制的靈活性。目前研制開發(fā)的數(shù)字式液壓元件產(chǎn)品，有電液數(shù)字閥、電液數(shù)字液壓馬達(dá)（直線式、旋轉(zhuǎn)式）、電液數(shù)電液數(shù)字閥、電液數(shù)字液壓馬達(dá)（直線式、旋轉(zhuǎn)式）、電液數(shù)字變量泵、電液數(shù)字缸等。字變量泵、電液數(shù)字缸等。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 電液數(shù)字控制閥（簡(jiǎn)稱數(shù)字閥）是由數(shù)字信號(hào)直接控制液電液數(shù)字控制閥（簡(jiǎn)稱數(shù)字閥）是由數(shù)字信號(hào)直接控制液流的壓力、流量和方向的液壓閥。計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)是電脈沖流的壓力、流量和方向的液壓閥。計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)是電脈沖序列，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電源調(diào)制

7、放大，輸出一定頻率和頻寬的電壓、電序列，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電源調(diào)制放大，輸出一定頻率和頻寬的電壓、電流信號(hào)，數(shù)字閥接受驅(qū)動(dòng)電源的電信號(hào)，移動(dòng)液壓閥芯，并根流信號(hào)，數(shù)字閥接受驅(qū)動(dòng)電源的電信號(hào)，移動(dòng)液壓閥芯，并根據(jù)脈沖頻率和寬度輸出相應(yīng)的流量和壓力。據(jù)脈沖頻率和寬度輸出相應(yīng)的流量和壓力。計(jì)算機(jī)數(shù)字式驅(qū)動(dòng)電源電液數(shù)字閥液壓執(zhí)行元件傳感器脈沖序列輸入pq數(shù)字閥控制系統(tǒng)的組成數(shù)字閥控制系統(tǒng)的組成新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 數(shù)字閥和電液伺服閥及比例閥相比，突出的特點(diǎn)是，能直數(shù)字閥和電液伺服閥及比例閥相比，突出的特點(diǎn)是，能直接與計(jì)算機(jī)接口，不需接與計(jì)算機(jī)接口，不需D/A轉(zhuǎn)換器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

8、，價(jià)格低廉，抗轉(zhuǎn)換器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，抗污染能力強(qiáng)，工作可靠，操作維修方便，數(shù)字閥的輸出量污染能力強(qiáng)，工作可靠，操作維修方便，數(shù)字閥的輸出量 。能。能準(zhǔn)確，可靠地由脈沖頻率或?qū)挾日{(diào)節(jié)控制，抗干擾能力強(qiáng)，而準(zhǔn)確，可靠地由脈沖頻率或?qū)挾日{(diào)節(jié)控制，抗干擾能力強(qiáng)，而且滯環(huán)小，重復(fù)精度高，可得到較高的開環(huán)控制精度等，因此且滯環(huán)小，重復(fù)精度高，可得到較高的開環(huán)控制精度等，因此得到了迅速發(fā)展。在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制的電液系統(tǒng)中，能取代伺得到了迅速發(fā)展。在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制的電液系統(tǒng)中，能取代伺服閥和比例閥。服閥和比例閥。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 數(shù)數(shù)字字閥閥、電電液液比比例例

9、閥閥和和伺伺服服閥閥的的性性能能比比較較 閥類 項(xiàng)目 增量式數(shù)字閥 高速開關(guān)式數(shù)字閥 伺服閥 電液比例閥 介質(zhì)過濾精度/m 25 25 3 20 工作簡(jiǎn)易程度 容易 容易 難 較容易 滯環(huán)、重復(fù)精度 0.1% 3% 3% 抗污染能力 很強(qiáng) 差 較強(qiáng) 負(fù)載敏感度 好 好 好 抗干擾能力 強(qiáng) 強(qiáng) 中 中 溫度漂移(2060) 2% 23% 68% 閥內(nèi)壓降/MPa 0.255 7 0.52 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 控制方式 簡(jiǎn)單 較復(fù)雜 較簡(jiǎn)單 響應(yīng) 階躍 0.10.25s 2030Hz 10Hz 動(dòng)態(tài)響應(yīng) 較低 高 中 中位死區(qū) 有 有 無(wú) 有 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單

10、簡(jiǎn)單 復(fù)雜 較簡(jiǎn)單 功耗 中(8w) 低(0.055w) 中(315w) 價(jià)格因子 1 0.5 3 1 按控制方式不同，可分為增量式數(shù)字閥和脈寬調(diào)制按控制方式不同，可分為增量式數(shù)字閥和脈寬調(diào)制（PWM）式高速開關(guān)數(shù)字閥兩大類。）式高速開關(guān)數(shù)字閥兩大類。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 脈沖信號(hào)脈沖信號(hào) 脈沖是脈動(dòng)和短促的意思，凡是具有不連續(xù)波形的信脈沖是脈動(dòng)和短促的意思，凡是具有不連續(xù)波形的信號(hào)均可稱為脈沖信號(hào)。廣義講，各種非正弦信號(hào)都是脈沖號(hào)均可稱為脈沖信號(hào)。廣義講，各種非正弦信號(hào)都是脈沖信號(hào)。信號(hào)。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 脈

11、沖信號(hào)的參數(shù)脈沖信號(hào)的參數(shù)trtftpT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm矩形脈沖信號(hào)的主要參數(shù)矩形脈沖信號(hào)的主要參數(shù) 脈脈沖沖幅幅度度 脈沖周期脈沖周期脈沖寬度脈沖寬度上升時(shí)間上升時(shí)間下降時(shí)間下降時(shí)間占空比占空比D D脈沖寬度與脈沖周期的比值，脈沖寬度與脈沖周期的比值，D Dt tp p/T/T 。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 增量式數(shù)字閥的控制方式增量式數(shù)字閥的控制方式是采用由脈沖數(shù)調(diào)制（是采用由脈沖數(shù)調(diào)制（PNM）演變而成的增量控制方式。電演變而成的增量控制方式。電/機(jī)轉(zhuǎn)換器是步進(jìn)電機(jī)，用它來(lái)機(jī)轉(zhuǎn)換器是步進(jìn)電機(jī)，用它來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓閥芯工作的，因此又驅(qū)動(dòng)液

12、壓閥芯工作的，因此又稱步進(jìn)式數(shù)字閥。高速開關(guān)式稱步進(jìn)式數(shù)字閥。高速開關(guān)式數(shù)字閥的控制方式主要是脈寬數(shù)字閥的控制方式主要是脈寬調(diào)制式（調(diào)制式（PWM），按被調(diào)制），按被調(diào)制的參數(shù)不同，還有脈幅調(diào)制的參數(shù)不同，還有脈幅調(diào)制（PAM），脈碼調(diào)制（），脈碼調(diào)制（PCM），），脈數(shù)調(diào)制脈數(shù)調(diào)制(PNM)和脈頻調(diào)制和脈頻調(diào)制(PFM)等。等。PAMPWMPCMPNMTtPFMR五種脈沖量的調(diào)制方法五種脈沖量的調(diào)制方法新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制(PAM)：用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列的幅度，使脈：用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列的幅度，使脈沖幅度在其平均值上下隨調(diào)制信號(hào)的

13、瞬時(shí)值變化。這是脈沖調(diào)沖幅度在其平均值上下隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值變化。這是脈沖調(diào)制中最簡(jiǎn)單的一種。脈幅調(diào)制是制中最簡(jiǎn)單的一種。脈幅調(diào)制是A.H.里夫在里夫在20世紀(jì)世紀(jì)30年代發(fā)明年代發(fā)明的，在第二次世界大戰(zhàn)中期已付之實(shí)用。但后來(lái)發(fā)現(xiàn)，脈幅調(diào)的，在第二次世界大戰(zhàn)中期已付之實(shí)用。但后來(lái)發(fā)現(xiàn)，脈幅調(diào)制的已調(diào)波在傳輸途徑中衰減制的已調(diào)波在傳輸途徑中衰減,抗干擾能力差，往往只用作連續(xù)抗干擾能力差，往往只用作連續(xù)信號(hào)采樣的中間步驟。信號(hào)采樣的中間步驟。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制(PDM)：用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列中各脈沖的：用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列中各脈沖的寬

14、度，使每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間與該瞬時(shí)的調(diào)制信號(hào)值成比例。寬度，使每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間與該瞬時(shí)的調(diào)制信號(hào)值成比例。此時(shí)脈沖序列的幅度保持不變，被調(diào)制的是脈沖的前沿或后沿，此時(shí)脈沖序列的幅度保持不變，被調(diào)制的是脈沖的前沿或后沿，或同時(shí)是前后兩沿，使脈沖持續(xù)時(shí)間發(fā)生變化。脈寬調(diào)制也是或同時(shí)是前后兩沿，使脈沖持續(xù)時(shí)間發(fā)生變化。脈寬調(diào)制也是20世紀(jì)世紀(jì)30年代里夫發(fā)明的。年代里夫發(fā)明的。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 脈位調(diào)制脈位調(diào)制(PPM)：用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列中各脈沖的：用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列中各脈沖的相對(duì)位置（即相位），使各脈沖的相對(duì)位置隨調(diào)制信號(hào)變化。相對(duì)位置（即相位

15、），使各脈沖的相對(duì)位置隨調(diào)制信號(hào)變化。此時(shí)脈沖序列中脈沖的幅度和寬度均保持不變。脈位調(diào)制在第此時(shí)脈沖序列中脈沖的幅度和寬度均保持不變。脈位調(diào)制在第二次世界大戰(zhàn)中期已付之實(shí)用。脈位調(diào)制的傳輸性能較好，常二次世界大戰(zhàn)中期已付之實(shí)用。脈位調(diào)制的傳輸性能較好，常用于視距微波中繼通信系統(tǒng)。用于視距微波中繼通信系統(tǒng)。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 脈頻調(diào)制脈頻調(diào)制(PFM)：用調(diào)制信號(hào)控制脈沖的重復(fù)頻率，即：用調(diào)制信號(hào)控制脈沖的重復(fù)頻率，即單位時(shí)間內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)，使脈沖的重復(fù)頻率隨調(diào)制信號(hào)變化。單位時(shí)間內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)，使脈沖的重復(fù)頻率隨調(diào)制信號(hào)變化。此時(shí)脈沖序列中脈沖的幅度和寬度

16、均保持不變。主要用于儀表此時(shí)脈沖序列中脈沖的幅度和寬度均保持不變。主要用于儀表測(cè)量等方面。測(cè)量等方面。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制(PCM)：1937年脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)制的發(fā)明者年脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)制的發(fā)明者A.H.里夫提出用脈沖的有無(wú)的組合來(lái)傳遞聲音，后來(lái)把這種方里夫提出用脈沖的有無(wú)的組合來(lái)傳遞聲音，后來(lái)把這種方法稱為脈碼調(diào)制。但脈碼調(diào)制到法稱為脈碼調(diào)制。但脈碼調(diào)制到20世紀(jì)世紀(jì)50年代才開始實(shí)用化。年代才開始實(shí)用化。脈碼調(diào)制有三個(gè)過程：采樣、量化和編碼。即先對(duì)信號(hào)進(jìn)行采脈碼調(diào)制有三個(gè)過程：采樣、量化和編碼。即先對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣值進(jìn)行量

17、化（整量化），再對(duì)經(jīng)過采樣和量化后樣，并對(duì)采樣值進(jìn)行量化（整量化），再對(duì)經(jīng)過采樣和量化后的信號(hào)幅度進(jìn)行編碼，因此脈碼調(diào)制的本質(zhì)不是調(diào)制，而是數(shù)的信號(hào)幅度進(jìn)行編碼，因此脈碼調(diào)制的本質(zhì)不是調(diào)制，而是數(shù)字編碼，所以能充分保證傳輸質(zhì)量。由編碼得到的數(shù)字信號(hào)可字編碼，所以能充分保證傳輸質(zhì)量。由編碼得到的數(shù)字信號(hào)可根據(jù)需要再對(duì)高頻振蕩載波進(jìn)行調(diào)制。脈碼調(diào)制不是用改變脈根據(jù)需要再對(duì)高頻振蕩載波進(jìn)行調(diào)制。脈碼調(diào)制不是用改變脈沖序列的參數(shù)來(lái)傳輸信息，而是用參數(shù)固定的脈沖的不同組合沖序列的參數(shù)來(lái)傳輸信息，而是用參數(shù)固定的脈沖的不同組合來(lái)傳遞信息來(lái)傳遞信息 。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊

18、課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 增量式數(shù)字閥就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓閥。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)增量式數(shù)字閥就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓閥。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成比例，步進(jìn)電機(jī)每得到一個(gè)脈沖信號(hào)，便角與輸入脈沖數(shù)成比例，步進(jìn)電機(jī)每得到一個(gè)脈沖信號(hào)，便得到與輸入脈沖數(shù)成比例的轉(zhuǎn)角，每個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)沿給得到與輸入脈沖數(shù)成比例的轉(zhuǎn)角，每個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)沿給定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一固定的步距角，再通過機(jī)械轉(zhuǎn)換器（絲桿定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一固定的步距角，再通過機(jī)械轉(zhuǎn)換器（絲桿-螺母副或凸輪機(jī)構(gòu)），使轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成軸向位移，帶動(dòng)閥芯移螺母副或凸輪機(jī)構(gòu)），使轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成軸向位移，帶動(dòng)閥芯移動(dòng)相應(yīng)的步數(shù)，得到與之

19、相適應(yīng)的閥開口度，從而獲得與輸動(dòng)相應(yīng)的步數(shù)，得到與之相適應(yīng)的閥開口度，從而獲得與輸入脈沖數(shù)成比例的壓力，流量值。入脈沖數(shù)成比例的壓力，流量值。 微型計(jì)算機(jī)電源和驅(qū)動(dòng)器步進(jìn) 電機(jī)機(jī)械式轉(zhuǎn)換器液壓閥 主體液壓缸或馬達(dá)及負(fù)載被控量傳感器脈沖序列步距角 位移 x 流量 q壓力 p增量式數(shù)字閥新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 . .輸入脈沖數(shù)和頻率液壓輸出（壓力、流量）閥步數(shù)（位置）輸入脈沖數(shù)與壓力、流量的變化量成比例移動(dòng)步數(shù)(b)輸入輸出特性(a)脈沖速率與液壓輸出的關(guān)系T/sT/sT/s壓力、流量壓力、流量（與輸入脈沖數(shù)成比例） 1放大1脈沖速率與液壓輸出的相互關(guān)系0 1

20、 2 3 4 5 6 7閥的步數(shù)新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 閥的輸出量與輸入脈沖數(shù)成正比，輸出響應(yīng)速度與輸入閥的輸出量與輸入脈沖數(shù)成正比，輸出響應(yīng)速度與輸入脈沖頻率成正比，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的步距角，閥的輸出量有一脈沖頻率成正比，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)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。定的分辨率，它直接決定了閥的最高控制精度。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 由于步進(jìn)電機(jī)的控制方式為步進(jìn)的，對(duì)輸入的脈沖數(shù)有由于步進(jìn)電機(jī)的控制方式為步進(jìn)的，對(duì)輸入的脈沖數(shù)有記憶作用，并且輸出量與累計(jì)的輸入脈沖數(shù)量成比例，所以記憶作用，并

21、且輸出量與累計(jì)的輸入脈沖數(shù)量成比例，所以這種控制方式又稱脈數(shù)調(diào)節(jié)這種控制方式又稱脈數(shù)調(diào)節(jié)(PNM)控制?？刂?。 實(shí)際上，每一采樣周期的步數(shù)是在原有采樣周期的基礎(chǔ)實(shí)際上，每一采樣周期的步數(shù)是在原有采樣周期的基礎(chǔ)上增加或減少一些步數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此上增加或減少一些步數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此PNM的控制方式已演化的控制方式已演化為增量控制方式，從而達(dá)到需要的幅值。這種在前一次控制為增量控制方式，從而達(dá)到需要的幅值。這種在前一次控制的基礎(chǔ)上，增加或減少一些脈沖數(shù)（反向控制）以達(dá)到控制的基礎(chǔ)上，增加或減少一些脈沖數(shù)（反向控制）以達(dá)到控制目的的方法稱為增量控制法。目的的方法稱為增量控制法。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理

22、工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字閥的組成部步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字閥的組成部分。它是一種分。它是一種D/A轉(zhuǎn)換型的電轉(zhuǎn)換型的電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)換器，利用電磁作用原理工作，轉(zhuǎn)換器，利用電磁作用原理工作，接受電脈沖信號(hào)，而輸出脈沖型接受電脈沖信號(hào)，而輸出脈沖型機(jī)械轉(zhuǎn)角，最后使液壓閥在脈沖機(jī)械轉(zhuǎn)角，最后使液壓閥在脈沖流體控制下工作。由定子和轉(zhuǎn)子流體控制下工作。由定子和轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子是一導(dǎo)磁體，定子是組成，轉(zhuǎn)子是一導(dǎo)磁體，定子是由繞有由繞有A.B.C.D四相激磁繞組的四四相激磁繞組的四對(duì)極靴構(gòu)成，當(dāng)定子得到脈沖信對(duì)極靴構(gòu)成，當(dāng)定子得到脈沖信號(hào)，各相繞組依次通電時(shí)利用轉(zhuǎn)號(hào)，各相繞組依次通電時(shí)利用轉(zhuǎn)子和定子間

23、的徑向間隙吸力使轉(zhuǎn)子和定子間的徑向間隙吸力使轉(zhuǎn)子被吸合，促使轉(zhuǎn)子一步步轉(zhuǎn)動(dòng)，子被吸合，促使轉(zhuǎn)子一步步轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成比輸出轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成比例。在時(shí)間上轉(zhuǎn)角與輸入脈沖同例。在時(shí)間上轉(zhuǎn)角與輸入脈沖同步，即轉(zhuǎn)速與輸入信號(hào)的脈沖頻步，即轉(zhuǎn)速與輸入信號(hào)的脈沖頻率有關(guān)。率有關(guān)。123BCDABCDA1轉(zhuǎn)子鐵芯；轉(zhuǎn)子鐵芯； 2定子鐵芯；定子鐵芯；3定子繞組定子繞組新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 123BCDABCDA1轉(zhuǎn)子鐵芯；轉(zhuǎn)子鐵芯； 2定子鐵芯；定子鐵芯；3定子繞組定子繞組 轉(zhuǎn)子每一步的轉(zhuǎn)角稱為步距角。轉(zhuǎn)子每一步的轉(zhuǎn)角稱為步距角。為使步進(jìn)電機(jī)得到較

24、小的步距角，為使步進(jìn)電機(jī)得到較小的步距角，在定子的每一極上和轉(zhuǎn)子的外周上在定子的每一極上和轉(zhuǎn)子的外周上分割出若干小的輪齒，并且定子相分割出若干小的輪齒，并且定子相鄰極靴上的齒，在周向錯(cuò)開鄰極靴上的齒，在周向錯(cuò)開1/4齒齒距。若脈沖分配器按距。若脈沖分配器按A-B-C-D順序順序向各相依次通電，轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)動(dòng)至向各相依次通電，轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)動(dòng)至其某齒軸線和通電定子極靴中心齒其某齒軸線和通電定子極靴中心齒軸線對(duì)齊位置。軸線對(duì)齊位置。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 脈寬調(diào)制式脈寬調(diào)制式(PWM)數(shù)字閥又稱高速開關(guān)數(shù)字閥，其數(shù)字信數(shù)字閥又稱高速開關(guān)數(shù)字閥，其數(shù)字信號(hào)控制方式為脈

25、寬調(diào)制式。即控制液壓閥的信號(hào)是一系列幅值號(hào)控制方式為脈寬調(diào)制式。即控制液壓閥的信號(hào)是一系列幅值相等，而在每一周期內(nèi)寬度不同的脈沖信號(hào)。其實(shí)質(zhì)是高速開相等，而在每一周期內(nèi)寬度不同的脈沖信號(hào)。其實(shí)質(zhì)是高速開關(guān)閥通過脈寬調(diào)制關(guān)閥通過脈寬調(diào)制(PWM)使流體形成脈沖流體，再利用脈沖寬使流體形成脈沖流體，再利用脈沖寬度的變化而連續(xù)地控制流量和壓力的變化。度的變化而連續(xù)地控制流量和壓力的變化。 微型計(jì)算機(jī) 脈寬調(diào)制放大器 電/機(jī) 轉(zhuǎn)換器 液壓閥 主 體 液壓執(zhí)行器 傳感器 被控量 高速快關(guān)式數(shù)字閥 脈寬調(diào)制式高速開關(guān)數(shù)字閥控制系統(tǒng)工作原理框圖脈寬調(diào)制式高速開關(guān)數(shù)字閥控制系統(tǒng)工作原理框圖新型液壓元件及集成技

26、術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 高速開關(guān)數(shù)字閥由電磁式驅(qū)動(dòng)器和液壓閥組成高速開關(guān)數(shù)字閥由電磁式驅(qū)動(dòng)器和液壓閥組成,其中液壓閥其中液壓閥的工作原理及結(jié)構(gòu)與其它閥不同的工作原理及結(jié)構(gòu)與其它閥不同, 它是一種快速切換的開關(guān)它是一種快速切換的開關(guān),只只有全開和全閉兩種工作狀態(tài)，以開啟時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)控制流量或有全開和全閉兩種工作狀態(tài)，以開啟時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)控制流量或壓力等液壓參數(shù)，其驅(qū)動(dòng)部件仍以電磁式電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換器為壓力等液壓參數(shù)，其驅(qū)動(dòng)部件仍以電磁式電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換器為主，主要是力矩馬達(dá)和各種電磁鐵。脈寬調(diào)制信號(hào)是頻率不變，主，主要是力矩馬達(dá)和各種電磁鐵。脈寬調(diào)制信號(hào)是頻率不變，開啟時(shí)間比率不同的脈沖

27、信號(hào)。開啟時(shí)間開啟時(shí)間比率不同的脈沖信號(hào)。開啟時(shí)間tp稱為有效脈寬時(shí)間，稱為有效脈寬時(shí)間，tp對(duì)采樣周期的比值對(duì)采樣周期的比值tp/T稱為脈寬占空比。稱為脈寬占空比。 (b) (a) 0tpTttq qqo連續(xù)信號(hào)脈寬信號(hào) (b) (a) 0tpTttq qqo連續(xù)信號(hào)脈寬信號(hào)信號(hào)的脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 6.3 典型的數(shù)字閥結(jié)構(gòu)6.3.1 數(shù)字溢流閥6.3.2 數(shù)字流量閥 (1) 直接驅(qū)動(dòng)式 (2) 壓力補(bǔ)償式6.3.3 數(shù)字方向閥6.3.4 高速開關(guān)數(shù)字閥 (1) 滑閥

28、式 (2) 錐閥式 (3) 球閥式 (4)壓電晶體式 (5)超磁滯伸縮式新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 (a)結(jié)構(gòu)圖 (c)先導(dǎo)式職能符號(hào) 圖6.10 增量式電液數(shù)字溢流閥 1步進(jìn)電機(jī)；2支架；3凸輪；4電機(jī)軸；5蓋板；6調(diào)節(jié)桿；7閥體；8出油口T；9進(jìn)油口P；10復(fù)位彈簧；11主閥芯；12遙控口K；13，15，16阻尼；14閥套；17導(dǎo)閥座；18導(dǎo)閥芯；19調(diào)節(jié)彈簧； 20閥蓋；21彈簧座；22零位傳感器 MPT(b)直動(dòng)式職能符號(hào)新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 凸輪凸輪3將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)桿將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)

29、節(jié)桿6的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。先導(dǎo)閥調(diào)節(jié)彈簧先導(dǎo)閥調(diào)節(jié)彈簧19的壓縮量由步進(jìn)電機(jī)通過凸輪、調(diào)節(jié)桿給定，的壓縮量由步進(jìn)電機(jī)通過凸輪、調(diào)節(jié)桿給定，從而調(diào)節(jié)了先導(dǎo)錐閥芯從而調(diào)節(jié)了先導(dǎo)錐閥芯18開口處的壓力。開口處的壓力。閥的最高壓力和最低壓力取決于凸輪閥的最高壓力和最低壓力取決于凸輪3的導(dǎo)程和先導(dǎo)閥調(diào)節(jié)彈簧的導(dǎo)程和先導(dǎo)閥調(diào)節(jié)彈簧19的剛度。的剛度。該閥的該閥的電電機(jī)轉(zhuǎn)換器機(jī)轉(zhuǎn)換器為混合式步進(jìn)電機(jī)為混合式步進(jìn)電機(jī)； 機(jī)械轉(zhuǎn)換器機(jī)械轉(zhuǎn)換器為凸輪機(jī)構(gòu)為凸輪機(jī)構(gòu)。工作原理：工作原理：新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 增量式數(shù)字流量閥1步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；2滾珠絲杠；滾珠絲

30、杠；3節(jié)流閥閥芯；節(jié)流閥閥芯；4閥套；閥套；5連桿；連桿；6零位傳感器零位傳感器增量式數(shù)字流量閥增量式數(shù)字流量閥新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)通過滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)通過滾珠絲杠2轉(zhuǎn)化為軸向位移，帶動(dòng)節(jié)轉(zhuǎn)化為軸向位移，帶動(dòng)節(jié)流閥閥芯流閥閥芯3移動(dòng)，控制閥口的開度，從而實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。移動(dòng)，控制閥口的開度，從而實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。 該閥的閥口由相對(duì)運(yùn)動(dòng)的閥芯該閥的閥口由相對(duì)運(yùn)動(dòng)的閥芯3和閥套和閥套4組成，閥套上有兩組成，閥套上有兩個(gè)通流孔口。左邊一個(gè)為全周開口，右邊一個(gè)為非全周開口。個(gè)通流孔口。左邊一個(gè)為全周開口，右邊一個(gè)為非全周開口。閥芯移動(dòng)時(shí)先打開右

31、邊的節(jié)流口，得到較小的控制流量閥芯移動(dòng)時(shí)先打開右邊的節(jié)流口，得到較小的控制流量；閥芯閥芯繼續(xù)移動(dòng)，則打開左邊閥口，流量增大繼續(xù)移動(dòng)，則打開左邊閥口，流量增大。 工作原理：工作原理：新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 閥的液流流入方向?yàn)檩S向，流出方向與軸線垂直，這樣閥的液流流入方向?yàn)檩S向，流出方向與軸線垂直，這樣可抵消一部分閥開口流量引起的液動(dòng)力，并使結(jié)構(gòu)緊湊?？傻窒徊糠珠y開口流量引起的液動(dòng)力，并使結(jié)構(gòu)緊湊。 連桿連桿5的熱膨脹，可起溫度補(bǔ)償作用，減小溫度變化引的熱膨脹，可起溫度補(bǔ)償作用，減小溫度變化引起流量的不穩(wěn)定起流量的不穩(wěn)定。 閥上的零位傳感器閥上的零位傳感器6

32、用于在每個(gè)控制周期終了控制閥芯用于在每個(gè)控制周期終了控制閥芯回到零位，以保證每個(gè)工作周期有相同的起始位置，提高閥回到零位，以保證每個(gè)工作周期有相同的起始位置，提高閥的重復(fù)精度。的重復(fù)精度。特特 點(diǎn)：點(diǎn)：新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 1 噴嘴；噴嘴；2 擋板；擋板；3 流量控制閥流量控制閥4 壓力補(bǔ)償閥芯壓力補(bǔ)償閥芯5 彈簧彈簧6、7 固定節(jié)流孔固定節(jié)流孔新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 該閥的液壓部分由該閥的液壓部分由噴嘴擋板閥噴嘴擋板閥、流量控制滑閥流量控制滑閥和和壓力壓力補(bǔ)償閥補(bǔ)償閥組成。組成。 流量控制閥芯流量控制閥芯3 3左右

33、端的承壓面積分別為左右端的承壓面積分別為A A1 1、A2A2且之比且之比為為1 1：2 2。先導(dǎo)控制壓力油作用于。先導(dǎo)控制壓力油作用于A1A1腔，同時(shí)經(jīng)阻尼孔腔，同時(shí)經(jīng)阻尼孔7 7進(jìn)進(jìn)入入A2A2腔。腔。A2A2腔壓力也即噴嘴腔壓力也即噴嘴1 1前的壓力，前的壓力，此壓力受噴嘴檔此壓力受噴嘴檔板閥控制。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)以一定步數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過凸輪使檔板板閥控制。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)以一定步數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過凸輪使檔板2 2位移，擋板和噴嘴之間的距離減少，位移，擋板和噴嘴之間的距離減少，A A2 2面上壓力升高，面上壓力升高，流量控制流量控制閥芯閥芯3 3在此壓力作用下得到相應(yīng)位移，打開節(jié)流在此壓力作用下得到相應(yīng)位移，

34、打開節(jié)流控制口，液流從控制口，液流從P P腔至腔至C C腔得到與步數(shù)成比例的流量。主閥腔得到與步數(shù)成比例的流量。主閥芯運(yùn)動(dòng)使噴嘴與擋板間距離加大回到原始狀態(tài)，即芯運(yùn)動(dòng)使噴嘴與擋板間距離加大回到原始狀態(tài)，即A A1 1、A2A2面上的總作用力平衡時(shí)停止。面上的總作用力平衡時(shí)停止。 工作原理：工作原理：新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 1 定義：定義： 高速開關(guān)式高速開關(guān)式數(shù)字?jǐn)?shù)字閥閥：又稱脈寬調(diào)制式數(shù)字閥。又稱脈寬調(diào)制式數(shù)字閥。2 分類：分類：(1) 按按工作位置數(shù)目及通道數(shù)工作位置數(shù)目及通道數(shù)可分為可分為:三位四通、二三位四通、二位三通和二位二通位三通和二位二通。（

35、。（其中二位三通和二位二通兩其中二位三通和二位二通兩種最常見。種最常見。）(2) 按按電電-機(jī)轉(zhuǎn)換裝置機(jī)轉(zhuǎn)換裝置可分為可分為: 螺管電磁鐵式、盤式螺管電磁鐵式、盤式電磁鐵式、力矩馬達(dá)式和壓電晶體式等多種。電磁鐵式、力矩馬達(dá)式和壓電晶體式等多種。(3) 按按閥芯的結(jié)構(gòu)形式閥芯的結(jié)構(gòu)形式可分為可分為: 圓柱滑閥式、錐閥式、圓柱滑閥式、錐閥式、球閥式和噴嘴擋板式球閥式和噴嘴擋板式 。 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 這種閥的優(yōu)點(diǎn)是容易獲得液壓力平衡和液動(dòng)力補(bǔ)償，可在較這種閥的優(yōu)點(diǎn)是容易獲得液壓力平衡和液動(dòng)力補(bǔ)償，可在較大的壓力和流量下工作，可得到多工位和多通道的開關(guān)閥，

36、但會(huì)大的壓力和流量下工作，可得到多工位和多通道的開關(guān)閥，但會(huì)使工作行程加長(zhǎng)，影響快速性，要求加工精度高，而密封性差，使工作行程加長(zhǎng)，影響快速性，要求加工精度高，而密封性差，因泄漏會(huì)影響控制精度。電磁鐵斷電時(shí)，彈簧因泄漏會(huì)影響控制精度。電磁鐵斷電時(shí)，彈簧5使閥芯使閥芯4復(fù)位保持復(fù)位保持在在A口和口和T口相通位置上，電磁鐵通電時(shí)，銜鐵口相通位置上，電磁鐵通電時(shí)，銜鐵1左移通過推桿左移通過推桿2使使閥芯閥芯4左移左移P口與口與A口相通?？谙嗤?。 螺管電磁鐵驅(qū)動(dòng)的螺管電磁鐵驅(qū)動(dòng)的滑閥式二位三通滑閥式二位三通高速開關(guān)數(shù)字閥高速開關(guān)數(shù)字閥1銜鐵；銜鐵；2推推桿；桿；3閥套；閥套；4閥芯；閥芯；5彈簧彈簧新

37、型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 此閥的優(yōu)點(diǎn)是可克服滑閥的行程長(zhǎng)和泄漏，也可克服球閥的此閥的優(yōu)點(diǎn)是可克服滑閥的行程長(zhǎng)和泄漏，也可克服球閥的壓力不平衡，作為二位二通開關(guān)數(shù)字閥比較理想，但不能做成三壓力不平衡，作為二位二通開關(guān)數(shù)字閥比較理想，但不能做成三通或四通開關(guān)數(shù)字閥。通或四通開關(guān)數(shù)字閥。 盤式電磁鐵盤式電磁鐵-錐閥組合的數(shù)字閥結(jié)構(gòu)圖錐閥組合的數(shù)字閥結(jié)構(gòu)圖1盤式電磁鐵；盤式電磁鐵；2彈簧；彈簧；3錐形閥芯；錐形閥芯；4閥套閥套 通電時(shí)盤式銜鐵通電時(shí)盤式銜鐵1左左移，帶動(dòng)閥芯移，帶動(dòng)閥芯3開啟閥口；開啟閥口；斷電時(shí)彈簧斷電時(shí)彈簧2壓銜鐵向右壓銜鐵向右復(fù)位，閥口關(guān)閉。在恒

38、復(fù)位，閥口關(guān)閉。在恒定的采樣周期內(nèi)，控制定的采樣周期內(nèi)，控制“開開”“”“關(guān)關(guān)”時(shí)間，即時(shí)間，即可得到不同的流量。盤可得到不同的流量。盤式電磁鐵主要受表面力式電磁鐵主要受表面力作用，電磁作用力較大，作用，電磁作用力較大，可達(dá)可達(dá)120N，而行程較短，而行程較短，因此這種閥的閥芯行程因此這種閥的閥芯行程也較短。也較短。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 電磁鐵驅(qū)動(dòng)的錐閥式高速開關(guān)數(shù)字閥電磁鐵驅(qū)動(dòng)的錐閥式高速開關(guān)數(shù)字閥1錐閥芯；錐閥芯；2銜鐵；銜鐵；3彈簧；彈簧；4線圈；線圈；5阻尼孔；阻尼孔；6閥套閥套 當(dāng)線圈當(dāng)線圈4通電時(shí)，銜通電時(shí)，銜鐵鐵2右移，使與其連接的右移，使

39、與其連接的錐閥芯錐閥芯1開啟，壓力油從開啟，壓力油從P口經(jīng)閥體流入控制腔口經(jīng)閥體流入控制腔A口，為防止開啟時(shí)閥因穩(wěn)口，為防止開啟時(shí)閥因穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力而關(guān)閉和減小控態(tài)液動(dòng)力而關(guān)閉和減小控制電磁力，該閥通過射流制電磁力，該閥通過射流對(duì)鐵芯的作用來(lái)補(bǔ)償液動(dòng)對(duì)鐵芯的作用來(lái)補(bǔ)償液動(dòng)力。斷電時(shí)，彈簧力。斷電時(shí)，彈簧3使錐使錐閥關(guān)閉。閥套閥關(guān)閉。閥套6上有一阻上有一阻尼孔尼孔5，用以補(bǔ)償液動(dòng)力。，用以補(bǔ)償液動(dòng)力。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 6.4 6.4 數(shù)字閥的性能分析數(shù)字閥的性能分析6.4.1 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 (1) 增量式數(shù)字閥的靜態(tài)特性增量式數(shù)字閥的靜態(tài)特性 (2)

40、高速開關(guān)閥的靜態(tài)特性高速開關(guān)閥的靜態(tài)特性 (3) 改善靜態(tài)特性的途徑改善靜態(tài)特性的途徑6.4.2 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 (1) 增量式數(shù)字閥的動(dòng)態(tài)特性增量式數(shù)字閥的動(dòng)態(tài)特性 (2) 高速開關(guān)閥的動(dòng)態(tài)特性高速開關(guān)閥的動(dòng)態(tài)特性 (3) 改善動(dòng)態(tài)特性的途徑改善動(dòng)態(tài)特性的途徑 數(shù)字閥的性能指標(biāo)，既與數(shù)字閥的性能指標(biāo)，既與閥本身的性能閥本身的性能有關(guān)，也有關(guān)，也與與控制信號(hào)和放大器的結(jié)構(gòu)控制信號(hào)和放大器的結(jié)構(gòu)及及主機(jī)的匹配主機(jī)的匹配有關(guān)，是一有關(guān)，是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)。項(xiàng)綜合性指標(biāo)。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 數(shù)字閥的靜態(tài)特性可用輸入的脈沖數(shù)或脈寬數(shù)字閥的靜態(tài)特性可用輸入的脈沖

41、數(shù)或脈寬占空占空比與輸出流量或壓力比與輸出流量或壓力之間的關(guān)系式或曲線表示。之間的關(guān)系式或曲線表示。（a）壓力閥特性）壓力閥特性 （b）流量閥特性）流量閥特性 （c）方向流量閥特性）方向流量閥特性增增量式數(shù)字閥的靜態(tài)特性曲線量式數(shù)字閥的靜態(tài)特性曲線新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 增量式數(shù)字閥的增量式數(shù)字閥的分辨率分辨率：是指是指閥的被控量從最低至最高所對(duì)應(yīng)閥的被控量從最低至最高所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)的脈沖數(shù)。此數(shù)大，則分辨率高。此數(shù)大，則分辨率高。 閥的閥的其他其他靜態(tài)性能指標(biāo)靜態(tài)性能指標(biāo)還包括：還包括：線性度線性度、滯環(huán)滯環(huán)、死區(qū)死區(qū)、飽和飽和等。等。新型液壓元件及集成

42、技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 脈寬占空比脈寬占空比1 1二位三通型流量特性二位三通型流量特性 脈寬占空比脈寬占空比1二位三通型壓力特性二位三通型壓力特性 閥的靜態(tài)性能與閥的靜態(tài)性能與采樣周期采樣周期T有關(guān)有關(guān)：當(dāng)當(dāng)T較小時(shí)，由于可控脈寬相應(yīng)較小，較小時(shí)，由于可控脈寬相應(yīng)較小，所以輸出控制流量也較小所以輸出控制流量也較?。环粗嗳?。反之亦然。 閥有約閥有約20%的死區(qū)的死區(qū)和和10-20%的飽和區(qū)的飽和區(qū)。 閥的平均流量閥的平均流量q隨著占空比的增加而增加，并且基本滿足線性關(guān)系隨著占空比的增加而增加，并且基本滿足線性關(guān)系。在在占空比不變時(shí)，閥的占空比不變時(shí)，閥的q隨供油壓力增加而增

43、加隨供油壓力增加而增加： (1) 調(diào)制頻率較低時(shí)，曲線粗糙度大即流量脈動(dòng)大，調(diào)制頻率較低時(shí)，曲線粗糙度大即流量脈動(dòng)大， (2) 隨著調(diào)制頻率的增加，流量脈動(dòng)會(huì)減小。隨著調(diào)制頻率的增加，流量脈動(dòng)會(huì)減小。 閥有較好的線性度閥有較好的線性度。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 (1)對(duì)于對(duì)于增量式數(shù)字閥增量式數(shù)字閥，可通過選用，可通過選用步距角較小的步進(jìn)電機(jī)步距角較小的步進(jìn)電機(jī)或或采取采取分頻分頻等措施提高閥的分辨率，從而提高閥的控制精度。等措施提高閥的分辨率，從而提高閥的控制精度。(2) 對(duì)于對(duì)于脈寬調(diào)制式數(shù)字閥脈寬調(diào)制式數(shù)字閥，當(dāng)控制信號(hào)太小時(shí)不足以驅(qū)動(dòng)閥，當(dāng)控制信號(hào)太

44、小時(shí)不足以驅(qū)動(dòng)閥芯，太大時(shí)又使閥始終處于吸合狀態(tài)，因而有起始脈寬和芯，太大時(shí)又使閥始終處于吸合狀態(tài)，因而有起始脈寬和終止脈寬限制。起始脈寬對(duì)應(yīng)死區(qū)，終止脈寬對(duì)應(yīng)飽和區(qū)，終止脈寬限制。起始脈寬對(duì)應(yīng)死區(qū)，終止脈寬對(duì)應(yīng)飽和區(qū)，兩者決定了數(shù)字閥實(shí)際的工作區(qū)域。因此，可以兩者決定了數(shù)字閥實(shí)際的工作區(qū)域。因此，可以用控制軟用控制軟件在控制程序中或放大器的硬件結(jié)構(gòu)中把死區(qū)和飽和區(qū)消件在控制程序中或放大器的硬件結(jié)構(gòu)中把死區(qū)和飽和區(qū)消除除，使控制系統(tǒng)不出現(xiàn)死區(qū)和飽和現(xiàn)象。當(dāng)采樣周期較小，使控制系統(tǒng)不出現(xiàn)死區(qū)和飽和現(xiàn)象。當(dāng)采樣周期較小時(shí)，最大可控流量也小，相當(dāng)于分辨率提高。時(shí)，最大可控流量也小，相當(dāng)于分辨率提高。

45、改善靜態(tài)特性的途徑：改善靜態(tài)特性的途徑：新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 增量式數(shù)字壓力閥的階躍特性曲線增量式數(shù)字壓力閥的階躍特性曲線接觸控制接觸控制程序控制程序控制 增量式數(shù)字閥的動(dòng)態(tài)特性主要用增量式數(shù)字閥的動(dòng)態(tài)特性主要用響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間和和超調(diào)量超調(diào)量來(lái)衡量。來(lái)衡量。與輸入信號(hào)的控制規(guī)律密切相關(guān)。與輸入信號(hào)的控制規(guī)律密切相關(guān)。信號(hào)本身有信號(hào)本身有0.045s的滯后，然的滯后，然后等速上升，輸出壓力有一定的超調(diào)量。后等速上升，輸出壓力有一定的超調(diào)量。 采用采用程序控制方式程序控制方式，使輸入信號(hào)減速上升或下降達(dá)到額定值，使輸入信號(hào)減速上升或下降達(dá)到額定值，可減少壓

46、力超調(diào)，縮短響應(yīng)時(shí)間?？蓽p少壓力超調(diào)，縮短響應(yīng)時(shí)間。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 增量式數(shù)字流量對(duì)負(fù)載壓力變化的響應(yīng)增量式數(shù)字流量對(duì)負(fù)載壓力變化的響應(yīng) 數(shù)字流量閥的動(dòng)態(tài)特性除了輸出量對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間之?dāng)?shù)字流量閥的動(dòng)態(tài)特性除了輸出量對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間之外，有時(shí)還要考察外，有時(shí)還要考察輸出流量隨出口壓力變化的瞬態(tài)過程輸出流量隨出口壓力變化的瞬態(tài)過程。圖。圖示是示是增量式數(shù)字流量閥對(duì)階躍信號(hào)的瞬態(tài)響應(yīng)曲線?？梢娺@種閥抗干增量式數(shù)字流量閥對(duì)階躍信號(hào)的瞬態(tài)響應(yīng)曲線?？梢娺@種閥抗干擾能力和穩(wěn)定性均比較好。擾能力和穩(wěn)定性均比較好。新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳

47、動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 這種閥的動(dòng)態(tài)特性主要是這種閥的動(dòng)態(tài)特性主要是響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間。由于閥芯的位移較難測(cè)。由于閥芯的位移較難測(cè)量，可用控制電流波形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)得到閥芯的切換時(shí)間。量，可用控制電流波形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)得到閥芯的切換時(shí)間。 脈寬調(diào)制頻率：脈寬調(diào)制頻率：fp=200Hz，脈寬占空比：脈寬占空比：=50%，閥的工作壓力：閥的工作壓力：15MPa 新型液壓元件及集成技術(shù)昆明理工大學(xué)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)模塊課程 (1)對(duì)于對(duì)于數(shù)字閥數(shù)字閥：因?yàn)樵隽渴綌?shù)字閥對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間與：因?yàn)樵隽渴綌?shù)字閥對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間與使用的驅(qū)動(dòng)器及勵(lì)磁方式有關(guān)，采樣頻率對(duì)其動(dòng)態(tài)特性也使用的驅(qū)動(dòng)器及勵(lì)磁方式有關(guān)，采樣頻率對(duì)

48、其動(dòng)態(tài)特性也有較大影響；所以可采用有較大影響；所以可采用高、低壓過激驅(qū)動(dòng)高、低壓過激驅(qū)動(dòng)和和抑制電路抑制電路來(lái)來(lái)提高其開關(guān)速度，用提高其開關(guān)速度，用程序優(yōu)化控制程序優(yōu)化控制可得到良好的動(dòng)態(tài)特性?？傻玫搅己玫膭?dòng)態(tài)特性。(2) 對(duì)于對(duì)于脈寬調(diào)制式數(shù)字閥脈寬調(diào)制式數(shù)字閥：可采用：可采用壓電晶體或超磁致伸縮材壓電晶體或超磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)換器料驅(qū)動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)換器；為了使閥的開啟速度既無(wú)滯后壽命；為了使閥的開啟速度既無(wú)滯后壽命又長(zhǎng)，在電流放大回路中可選擇又長(zhǎng)，在電流放大回路中可選擇性能優(yōu)良的變阻器與閥并性能優(yōu)良的變阻器與閥并聯(lián)聯(lián)，可獲得很好的動(dòng)態(tài)特性。，可獲得很好的動(dòng)態(tài)特性。改善動(dòng)態(tài)特性的途徑：改善動(dòng)態(tài)特性