液压比例阀控制器.doc

237第 六 章液 压 系 统 比 例 阀 控 制 器6.1 前 言比 例 控 制 阀 主 要 用 于 开 回 路 控 制 (open loop control);比 例 控 制阀 的 输 出 量 与 输 入 信 号 成 比 例 关 系 ， 且 比 例 控 制 阀 内 电 磁 线 圈 所 产 生的 磁 力 大 小 与 电 流 成 正 比 在 传 统 型 式 的 液 压 控 制 阀 中 ， 只 能 对 液 压 进 行 定 值 控 制 ， 例 如 :压力 阀 在 某 个 设 定 压 力 下 作 动 ， 流 量 阀 保 持 通 过 所 设 定 的 流 量 ， 方 向 阀对 于 液 流 方 向 通 /断 的 切 换 因 此 这 些 控 制 阀 组 成 的 系 统 功 能 都 受 到一 些 限 制 ， 随 着 技 术 的 进 步 ， 许 多 液 压 系 统 要 求 流 量 和 压 力 能 连 续 或按 比 例 地 随 控 制 阀 输 入 信 号 的 改 变 而 变 化 (图 6-1.1) 液 压 伺 服 系统 虽 能 满 足 其 要 求 ， 而 且 精 度 很 高 ， 但 对 于 大 部 分 的 工 业 来 说 ， 他 们并 不 要 求 系 统 有 如 此 高 的 质 量 ， 而 希 望 在 保 证 一 定 控 制 性 能 的 条 件 下 ，同 时 价 格 低 廉 ， 工 作 可 靠 ， 维 护 简 单 ， 所 以 比 例 控 制 阀 就 是 在 这 种 背景 下 发 展 起 来 的 。

比 例 控 制 阀 可 分 为 压 力 控 制 阀 ， 流 量 控 制 及 方 向 控 制 阀 三 类(如 图 6-1.2 所 示 )1. 压 力 控 制 阀 :用 比 例 电 磁 阀 取 代 引 导 式 溢 流 阀 的 手 调 装 置 便 成 为 引 导式 比 例 溢 流 阀 ， 其 输 出 的 液 压 压 力 由 输 入 信 号 连 续 或 按 比例 控 制 2. 流 量 控 制 阀 :用 比 例 电 磁 阀 取 代 节 流 阀 或 调 速 阀 的 手 调 装 置 而 以 输 入信 号 控 制 节 流 阀 或 调 速 阀 之 节 流 口 开 度 ， 可 连 续 或 按 比 例地 控 制 其 输 出 流 量 故 节 流 口 的 开 度 便 可 由 输 入 信 号 的 电压 大 小 决 定 3. 方 向 控 制 阀 :比 例 电 磁 阀 取 代 方 向 阀 的 一 般 电 磁 阀 构 成 直 动 式 比 例 方向 阀 ， 其 滑 轴 不 但 可 以 换 位 ， 而 且 换 位 的 行 程 可 以 连 续 或按 比 例 地 变 化 ， 因 而 连 通 油 口 间 的 通 油 面 积 也 可 以 连 续 或按 比 例 地 变 化 ， 所 以 比 例 方 向 控 制 阀 不 但 能 控 制 执 行 组 件的 运 动 方 向 外 ， 还 能 控 制 其 速 度 。

238以 上 各 种 比 例 阀 所 作 动 的 液 压 组 件 为 液 压 缸 或 液 压 马 达 6.2 比 例 阀 控 制 器 内 部 方 块 之 意 义 与 功 能比 例 阀 控 制 器 内 部 包 含 各 种 电 路 模 块 ， 每 一 个 模 块 有 其 特 定 功 能 及用 途 并 以 符 号 来 代 表 ， 此 处 就 每 一 个 模 块 的 功 能 及 原 理 来 说 明 之 1. 斜 坡 产 生 器 (Ramp Generator)图 6-2.1 为 斜 坡 产 生 器 之 符 号 图 ， 斜 坡 产 生 器 (Ramp Generator)主要 是 将 瞬 间 的 电 压 变 化 量 转 换 成 带 有 时 间 延 迟 的 电 压 变 化 ， 也 就 是 说当 输 入 电 压 改 变 时 ， 斜 坡 产 生 器 会 将 原 先 的 阶 梯 式 电 压 变 化 量 缓 慢 地改 变 到 改 变 后 之 电 压 ， 而 在 原 先 电 压 与 改 变 后 电 压 之 间 就 会 得 到 一 随时 间 上 升 或 下 降 的 斜 坡 (Ramp)， 所 以 Ramp Generator 斜 坡 产 生 的原 理 跟 积 分 器 作 用 的 原 理 是 一 样 的 。

当 输 入 信 号 改 变 时 (图 6-2.2)，其 输 入 信 号 的 波 型 有 如 阶 梯 形 状 若 系 统 无 Ramp Generator 时 ，其 阀 体 控 制 油 压 的 变 化 亦 与 输 入 信 号 阶 梯 式 的 变 化 一 样 ， 则 使 每 个 相邻 的 油 压 压 差 变 化 很 大 ， 结 果 使 整 个 控 制 油 压 的 变 化 不 准 确 及 组 件 作动 不 圆 滑 顺 畅 ， 而 Ramp Generator 就 是 为 了 解 决 此 项 的 困 扰 当 阶梯 式 的 控 制 信 号 经 Ramp Generator 时 (图 6-2.3)， Ramp Generator会 将 电 压 变 化 的 时 间 延 迟 ， 而 输 出 一 随 时 间 上 升 或 下 降 的 斜 坡 信 号 ，使 油 压 变 化 顺 着 斜 坡 方 向 作 变 化 ， 这 样 的 结 果 使 整 个 油 压 的 变 化 更 为圆 滑 顺 畅 图 6-2.1 斜 坡 产 生 器 之 符 号2392. 脉 波 输 出 信 号 (Pulsed Output Stage)图 6-2.4 为 脉 波 产 生 器 之 符 号 图 。

由 脉 波 产 生 器 (Pulse Generator)发 出 一 脉 波 信 号 与 控 制 信 号 (command voltage)一 起 输 入到 电 压 -电 流 转 换 器 (converter)， 将 电 压 信 号 转 换 成 脉 波 电 流 信 号 输出 到 比 例 控 制 阀 的 电 磁 线 圈 上 使 电 磁 线 圈 产 生 磁 力 ， 来 控 制 比 例 阀 阀轴 的 移 动 量 经 由 控 制 电 流 脉 波 之 工 作 周 期 ( Duty cycle )的 大 小 ，来 控 制 供 应 至 电 磁 线 圈 的 电 流 大 小 ， 而 脉 波 产 生 器 的 输 出 频 率 随 各 种阀 体 型 式 而 不 同 产 生 的 脉 波 电 流 ， 主 要 是 使 作 用 在 电 磁 阀 驱 动 电 路 的 功 率 损 失 降到 最 小 ， 因 为 若 使 用 模 拟 信 号 控 制 ， 其 在 电 磁 线 圈 驱 动 电 路 上 产 所 生的 功 率 (P=V×IL)损 失 将 会 很 大 ， 而 以 脉 波 电 流 控 制 时 ， 只 要 控 制 电流 脉 波 的 工 作 周 期 之 大 小 ， 即 可 控 制 电 磁 阀 之 平 均 电 流 大 小 ， 并 且 可以 将 在 电 磁 线 圈 驱 动 电 路 上 所 产 生 的 功 率 损 失 降 到 最 小 。

(图 6-2.5)无 ramp generator 时 有 ramp generator 时斜 坡 产 生 器Ramp Generator控 制 器 控 制 器控 制 信 号CommandSignal控 制 信 号CommandSignal压 力Pressure压 力PressureVPtt t ttPVV输 入 讯 号 输 入 讯 号输 出 油 压 输 出 油 压(图 6-2.2) (图 6-2.3)240控 制 电 压 信 号3. 电 源 供 应 器 (Power Supply )将 110V 或 220V 的 交 流 电 压 ， 由 变 压 器 降 压 经 桥 式 整 流 滤 波 ，得 到 一 未 经 稳 压 的 24V 直 流 电 压 ， 因 变 压 器 是 由 漆 包 铜 线 所 绕 成 的 ，有 其 绕 线 电 阻 存 在 rc ， 当 二 极 管 导 通 时 ， 亦 有 其 电 阻 rON 存 在 ，所 以 在 全 负 载 时 ， rc 与 rON 都 会 产 生 相 当 的 压 降 ， 因 此 负 载 实 际 承受 的 电 压 为 VL=VS-IL(rc+rON)， 若 拿 来 当 系 统 电 压 供 给 的 话 ， 会 受 到系 统 负 载 电 流 (IL)的 影 向 而 变 动 ， 则 在 控 制 上 会 有 失 真 的 产 生 ， 这 不是 稳 定 直 流 电 源 所 希 望 的 现 象 ， 所 以 须 要 有 稳 压 阶 段 (图 6-2.5)将未 稳 压 之 电 压 作 稳 压 的 动 作 ， 减 少 系 统 在 控 制 上 及 作 业 上 误 差 的 产 生 ，在 控 制 器 ( VT2000 及 VT3000)系 统 中 ， 若 使 用 24V 做 为 供 给 电 源时 ， 在 系 统 的 最 初 输 入 端 须 装 一 个 电 源 稳 压 转 换 器 ， 24V 在 稳 压转 换 后 ， 提 供 系 统 内 部 操 作 所 须 之 电 压 及 输 出 一 ±9V 直 流 电 压 去当 作 控 制 信 号 (Commend signal)的 供 给 源 。

(图 6-2.6 为 电 源 供 应 器之 符 号 图 )脉 波 产 生 器转 换器调 节 器图 6-2.4UI241( a )( b )24Veff ( c )( 图 6-2.5 )24V0V(图 6-2.6 电 源 供 应 器 之 符 号 )-9V +9V系 统 内 部 作业 之 电 压U24Vefft220V 24V24Veff+18V +9V整 流滤 波 稳 压0V MO–9V2424. 阶 梯 信 号 产 生 器 (Step Generator)控 制 信 号 输 入 阶 梯 信 号 产 生 器 (Step Generator)， 经 阶 梯 信 号 产生 器 判 别 后 ， 送 出 一 阶 梯 信 号 产 生 器 所 设 定 之 电 压 ， 若 控 制 信 号(Commend signal)≧ 100mV 时 ， 阶 梯 信 号 产 生 器 就 会 输 出 一 个 正 常数 电 压 ， 若 -100mV<控 制 电 压 <100mV 时 ， 阶 梯 信 号 产 生 器 输 出0V， 若 控 制 信 号 ≦ -100mV 时 ， 阶 梯 信 号 产 生 器 产 生 一 个 负 常 数 电压 输 出 (图 6-2.7)。

阶 梯 信 号 产 生 器 常 被 使 用 在 比 例 方 向 控 制 阀 上 面 ， 一 般 比 例 方 向控 制 阀 在 制 造 技 术 上 及 性 能 的 考 虑 上 ， 其 阀 轴 在 换 位 时 ， 都 会 有 重 迭现 象 的 产 生 (Posltive overlap)， 图 6-2.8 为 比 例 控 制 阀 的 特 性 曲 线 图 ，在 X0—0 的 区 域 称 为 磁 滞 (Deadband)， 这 种 现 象 在 系 统 的 控 制 上 是不 被 允 许 的 ， 为 了 使 输 入 (I)与 输 出 (Q)更 线 性 化 ， 通 常 都 会 加 一 额外 电 压 (bias)给 比 例 方 向 控 制 阀 ， 使 滑 轴 移 动 换 位 时 ， 能 快 速 越 过X0—0 这 个 区 域 ， 以 减 小 磁 滞 现 象 而 阶 梯 信 号 产 生 器 的 主 要 功 用 就是 提 供 一 额 外 电 压 给 电 磁 阀 ， 使 重 迭 现 象 减 至 最 小 (图 6-2.9 为阶 梯 信 号 产 生 器 之 符 图 )( 图 9 )+100%0.1V-0.1V+100%-100%+UE-UE+UA+100%-UAInOut243( 图 6-2.9 )5. 比 较 器 (Regulator on Proport。