电液伺服阀在三维数控弯管系统中的应用研究

　　电液伺服阀在数控弯管机控制系统中有着广泛的应用。其控制系统对于不同的制管要求和需要的弯曲力矩不同,有全伺服电机控制、全液压控制和液压-电机混合控制。由于电液控制系统具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、输出功率大、结构紧凑及功率质量比大等优点[1],在大量的数控弯管机系统中,主要采用电液比例阀或电液伺服阀来产生弯曲力矩,从而准确地控制弯管的角度。

　　1　电液伺服控制系统硬件结构

　　电液伺服阀控制系统由以下部分组成:基于工业PC数控系统主模块、数/模转换卡(PCL728)、计数器/定时器卡(PCL836)、伺服放大器、电液伺服阀以及执行机构,电液伺服阀控制系统硬件结构框图,如图1所示。

　　1.1　基于工业PC数控系统主模块

　　为加工三维弯管完成移位、调整和空间旋转3个动作,数控弯管机数控系统必须实现3个轴坐标运动控制。通过运动控制卡向伺服控制单元发送频率可变的脉冲,从而准确地控制伺服电机的运动速度和移动位置,通过输入/输出卡来控制外设的开关信号,运动控制卡和输入/输出卡都插在IPC的扩展插槽上。系统的核心在于弯曲动作的实现,它是由电液伺服控制系统中的电液伺服阀来完成的。在对伺服阀的控制中,采用了PID控制算法来实现电液伺服阀的精确控制,控制算法中的大量计算由具有强大计算功能的工业PC机来完成。

　　1.2　数模转换(D/A)

　　D/A转换器,主要由参考源、电阻网络、开关电路和输出运算放大器组成[2]。它是一种译码电路,其输入是数字量,输出是模拟量。

　　电液伺服阀是利用电流信号来控制大功率的液压能工作,从而驱动液压缸动作。为了控制弯管速度,就要改变伺服阀的流量,从而必须改变输入伺服阀的电压信号。选用台湾研华的PCL728数模转换(D/A)卡来实现数字量向电压信号的转换,它是双通道、双极性、分辨率为12位的D/A卡,插在工控机主板上的ISA扩展槽上,通过改变输入D/A卡的12位数字量来改变输出给伺服阀的电流信号。

　　1.3　计数器/定时器

　　为了能够完全满足数控弯管机的弯管工艺要求,必须对弯曲角度进行实时的跟踪,并对弯管速度和角度进行控制,从而最大限度的克服弯管材料的反弹以及机械部分对弯曲角度的影响。为此,在弯曲轴上安装了一个旋转编码器,旋转编码器是一种脉冲形式输出的传感器,常用于位置和速度检测系统[3]。

　　为了能够在高精度的时间内获得对编码器输出的脉冲进行准确的计数,从而获得当前的弯曲角度和速度,采用台湾研华的计数器/定时器卡PCL836来定时采集编码器输出的脉冲数。