比例流量阀数字化控制方法研究

　　1　引言

　　随着计算机应用技术的飞速发展,微机控制技术已成为液压工业信息化的主要应用技术。为实现液压系统的全数字控制,很有必要对液压元件进行数字化改造。本文提出了一种将传统型比例流量阀改进为数字控制阀的新方法。改进后的数字控制流量阀具有许多优点,如极易于与计算机连接、价格低廉、抗污染和抗干扰能力强、流量特性有显著提高。

　　2　数字控制阀的改进方法和工作原理

　　传统型电液比例流量阀的流量公式:q=c·iT其中q为比例阀的导通流量;iT比例电磁铁线圈的电流;c为常数;阀的流量特性曲线见图1a。由图可见传统型比例流量阀电磁铁线圈的匝数是固定的,流量与比例电磁铁线圈电流或电磁力的大小成正比,因此传统型比例流量阀是通过改变输入比例电磁铁的电流来控制输出流量的大小,如用计算机来控制需要有数模(D/A)转换装置把数字信号转换成模拟信号后输入电控放大器。比直接用数字信号控制的流量阀成本高,可靠性和重复精度差;而且模拟量的控制复杂,因此我们对传统型电液比例流量阀进行了数字化改进,其结构原理如图2所示:将电磁铁线圈按等匝数均匀设置若干抽头分别与电子开关相连。根据电磁学可知,电磁铁的电磁力由下式计算:

　　由(3)式可知,电磁铁的电磁力F与线圈的安匝数IN成正比,当线圈以恒流供电时,只要改变电磁铁线圈的匝数N就可改变电磁铁电磁力的大小,这样用数字信号控制电子开关,使电磁铁线圈的抽头按实际需要通电或断电便可改变电磁铁电磁力的大小;从而控制输出流量的大小,实现流量的数字控制。

　　3　电磁铁线圈的控制电路

　　控制电路如图2所示,将电磁铁线圈按等匝数均匀设置16个抽头分别与(K0—K15)16个电子开关相连接,稳流电源分别通过这16个电子开关给线圈提供恒定的电流。16个电子开关的工作状态由4—16译码器CC4514的16个输出端控制,译码器CC4514输出为高电平有效,即当Yi=1时电子开关Ki闭合,i的取值为0-15。当计算机从“0000—1111”范围内的4位数中选择实际需要流量所对应的4位数字信号送到译码器的4个输入端时,译码器的16个输出端子当中,仅有一个与输入的4位数据对应的端子输出高电平,该端子所连接的电磁铁线圈通电,产生相应的电磁力来控制流量阀得到所需要的流量。通过流量阀的流量就按计算机输出的数据变化而变化,实现了由数字信号来控制流量阀的目的。

　　以上是以电磁铁线圈设计为16个抽头为例说明数字式控制流量阀的控制原理。电磁铁线圈的抽头也可取8、32等,抽头个数越多流量梯度越小。为改善流量阀的性能克服流量控制死区,设计时在电磁铁线圈一端增加一组电磁铁补偿线圈见图1b,给电磁铁补偿线圈通交流电源产生交变磁动势,由实验选择合适的补偿线圈电流的大小,使其产生的交变磁动势大小等于数字流量阀阀口处于临界开启状态所需的电磁力,调试好后固定封装。使数字流量阀流量特性的“死区”得以消除,数字阀的流量特性得到进一步提高。