电液数字控制阀(简称数字阀)是由数字信号直接控制液流的压力、流量和方向的液压阀。图6-1是数字阀控制系统的组成框图。计算机的输出信号是电脉冲序列,经驱动电源调制放大,输出一定频率和频宽的电压、电流信号,数字阀接受驱动电源的电信号,移动液压阀阀芯,并根据脉冲频率和宽度输出相应的流量和压力。数字阀控制系统多为精度较高的开环控制,也可实现闭环控制,如图6-1虚线所示。

图6-1 数字阀控制系统的组成
数字阀控制系统结构简单,系统环节少,操作方便,改变控制算法容易,易于实现被控参量增减变化过程的控制,并可对瞬态过程编程控制。由于输入的是数字量,因此便于得到确定的设定值,并可方便地进行设定数据的保存、管理和变更设定。
数字阀和电液伺服阀及比例阀相比,有很多突出的特点,如能直接与计算机接口、不需D/A转换器、结构简单、价格低廉、抗污染能力强、工作可靠、操作维修方便、数字阀的输出量能准确、能可靠地由脉冲频率或宽度调节控制、抗干扰能力强、滞环小、重复精度高、可得到较高的开环控制精度等,因此得到了迅速的发展。在计算机实时控制的电液系统中,能取代伺服阀和比例阀。因此,数字阀已成为联系计算机与液压系统的桥梁。三类阀的性能比较见表6-2,数字阀按控制方式不同,可分为增量式数字阀和高速开关数字阀两大类。两类阀的工作原理、性能特点、控制方法都不相同。
表6-2 数字阀、电液比例阀和伺服阀的性能比较

增量式数字阀的控制方式是采用由脉冲数调制(PNM)演变而成的增量控制方式。电/机转换器是步进电动机,因此又称步进式数字阀。因步进电动机较成熟,这类数字阀的液压阀部分的工作原理与常见的开关型阀及比例阀类似,所以这类阀发展较快。应用也较为广泛,国外已有的数字阀系列产品多属这类阀。高速开关式数字阀的控制方式主要是脉宽调制式(PWM),按被调制的参数不同,还有脉幅调制(PAM)、脉码调制(PCM)、脉数调制(PNM)和脉频调制(PFM)等,如图6-2所示。(https://www.xing528.com)

图6-2 五种脉冲量的调制方法
其中脉幅和脉频两种方法较少应用,而脉码调制方法编程和处理最易实现,但目前只能得到有级控制,体积庞大,故用得最多的是脉宽调制和脉数调制,其次是脉码调制。由于耗电小和电流放大较简单,所以脉宽调制用得最普遍。高速开关数字阀的电/机转换器,是由力矩马达、螺管式电磁铁或盘式电磁铁组成来驱动液压阀工作。其工作状态与开关阀、比例阀以及增量式数字阀均不同,它只有开和关两种工作状态,靠阀口开关的时间比来调节阀的输出流量和压力。这类阀目前国内外都还处于研究阶段。
增量式数字阀又可进一步分成压力阀、流量阀和流量方向阀。高速开关型数字阀根据其液压阀形式及其与电磁驱动装置的不同组合也有多种类型,分类见表6-3。
表6-3 数字阀的分类

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