比例多路阀的数字式控制

　　0 引言

　　电液比例多路换向阀的应用在近10多年来有明显的增长。它在功能上有下列不可取代的优点[1-2]:1)满足工程机械使用上电控与手动2种功能同时存在的要求;2)具有比例调节的功能,满足许多工程机械上要求运动过程受控的要求;3)采用负载敏感技术,可以满足阀控或泵控的节能要求。从目前的应用情况来看,比例多路阀主要应用在工程机械领域。例如,在起重机、推土机等工程机械上使用比例多路阀对产品的性能有重要的作用。但随着自动化技术的发展,对多路阀的控制精度、响应速度、自动化程度等性能的要求也越来越高。虽然电液比例多路阀能满足要求,但是比例阀构成的是模拟式比例控制,如果需要用计算机来控制,还必须通过A/D、D/A接口元件与计算机联接,这增加了成本和对使用者的要求。而且电液比例阀容易被油液污染,维护不便。随着电液比例控制技术的不断完善,市面上出现了一种数字式控制比例多路阀——以数字阀为先导控制元件的多路阀。相较于比例阀,数字阀能直接与计算机接口连接,不需要DAC(数字模拟转换器);结构简单,抗污染能力强,操作维护更简单;而且它的输出量准确,能可靠地由脉冲频率或宽度调节控制,抗干扰能力强;可得到较高的开环控制精度[3-5]。因此,利用数字式比例多路换向阀就可以构成高可靠性、适用于工程机械的数字电液比例控制系统。

　　1 多路换向阀的比例控制

　　1.1 多路阀的电液比例控制

　　所谓电液比例控制,就是在液压传动与控制中,能够接受模拟式或数字式信号,使输出的流量或压力连续成比例地受到控制[6]。例如脉宽调节(PWM)控制系统、数字控制系统以及一般意义上的电液比例控制系统。图1是电液比例控制系统框图。

　　多路换向阀的比例控制,是先导阀接受模拟或数字式信号,控制出口油液的压力和流量,驱使主阀芯与输入量成比例地移动,改变节流口截面积,从而控制多路阀工作油液的流量大小。若对主阀芯实施位置监控,还可提高多路阀的控制精度。整个控制过程中,先导阀是最重要的环节。目前,实现多路阀比例控制的先导阀有2类:比例阀(比例减压阀和比例溢流阀)和数字阀(高速开关阀)。

　　1.2 先导执行元件

　　在多路阀的比例控制中,先导阀的性能是影响多路阀控制性能的主要因素[7]。表1列出了2类先导阀的控制参数。对比表中数据,不难发现,数字阀的响应速度和控制精度较比例阀更好,其结构更简单,操作更方便,对恶劣工作环境的适应性更好。

　　1.3 以数字阀为先导阀的比例控制

　　数字阀能直接与计算机接口连接,不需要DAC(数字模拟转换器)[8],利用它做先导阀,不仅简化了多路阀的先导控制,同时使多路阀能将电子元件、监控元件、先导元件集成到一起,简化了多路阀的电气控制,缩小了多路阀的结构尺寸。例如,美国SAUERDANFOSS公司生产的PVG比例阀[9]。它以数字阀为先导阀实现对多路阀的比例控制,其先导控制模块除了先导执行器,还集成了阀芯位置监控装置和集成电子元件,使得多路阀的结构更简单,操作更方便。表2列出了该阀的一些技术数据。