电液比例阀控补偿同步系统设计

　　1 电液比例阀控补偿同步系统的组成及原理

　　本文设计的电液比例阀控补偿同步系统的工作原理如图 1 所示。该系统由两大子系统组成：泵控主系统和阀控辅助补偿系统。泵控主系统为开环系统，主要由双联泵组成，两个液压缸所需的油液由双联泵供给。阀控辅助补偿系统为闭环控制系统，主要由光栅尺、SDC-2 采集卡、计算机、D/A 转换卡、电液比例方向阀、电液比例方向阀电控器、阀控补偿泵、单向阀等组成。用于反馈、补偿因负载不平衡、泄漏等因素导致的两缸之间的同步误差。其同步补偿精度取决于阀控补偿系统的性能，尤其是电液比例方向阀的性能，而与液压缸的初始位置和工作行程无关，不会积累同步误差。该电液比例阀控补偿同步系统响应速度快，可以达到较高的同步精度，效率高。

　　阀控补偿同步系统的工作原理如下：两液压缸的同步误差由光栅尺检测，同步误差经 SDC-2 采集卡处理，转换成数字信号之后输入计算机；计算机根据同步误差和控制策略，得出电液比例方向阀的控制电压 U；数字量的控制电压 U 经 D/A 转换成模拟量的控制电压，输入电液比例阀的电控器；电控器的两个电流输出通道 IA、IB 分别与电液比例方向阀的两个比例电磁铁 YA、YB 相连。在输入控制电压 U 的作用下，电控器一个电流通道的输出电流相应增大，另一个相应减小；在比例电磁铁的驱动下，电液比例方向阀往运行较慢的液压缸补偿油量，其补偿油量的大小取决于当前的同步误差值，实现同步补偿的目的。

　　1.1 光栅尺与同步误差的获取

　　本系统采用一个小行程的传感器，利用相对原理来确定两液压缸间的相对位移误差。另外，该系统还采用了 KA-300 型线性光栅尺，它是利用光闸莫尔条纹原理来测量位移的其输出信号是幅值为3~5 V、相位差为 90°的两路正弦波信号。当光栅移动时，正弦波的相位和幅值相应变化，当波形重复到原来的相位和幅值时，光栅移动了一个栅距。该光栅尺的定尺和滑尺（读数头）分别安装在不同液压缸活塞杆上，定尺和滑尺随同活塞杆一起移动。当两活塞杆不同步时，定尺与滑尺之间发生相对运动，读数头有位移误差信号输出。

　　1.2 A/D 转换与 D/A 转换

　　光栅尺的输出可以通过光栅数显表和串口输入计算机，也可以通过专用的高速采集卡输入计算机。前者受串口传输速度的影响，采样频率较低，难以满足实时控制要求。因此本系统采用了专用的SDC-2 高速采集卡采集数据，其采样周期可小于 1ms，满足了实时控制要求。SDC-2 采集卡是与光栅尺配套的四通道高速采集卡，根据采集卡计数光栅尺正弦波输出信号变化的次数，得出光栅移动的位移量。通过比较两路正弦波信号的相位，即超前和滞后的情况，判断光栅移动方向。SDC-2 采集卡直接输出数字量的同步误差，实现信号的 A/D 转换。