07数字控制系统.ppt

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1、电液数字控制技术电液数字控制技术直接数字控制与间接数字控制直接数字控制与间接数字控制一、间接式数字控制一、间接式数字控制-液压与气动间接数字控制技术的基液压与气动间接数字控制技术的基本方法是将比例阀（本方法是将比例阀（或伺服阀）或伺服阀）与控制放大器构成控制系与控制放大器构成控制系统，统，一般通过一般通过 接口实现数字控制。接口实现数字控制。间接式数字液压技术存在如下缺点：间接式数字液压技术存在如下缺点：1、由由于于控控制制器器中中存存在在着着模模拟拟电电路路，易易于于产产生生温温飘飘和和零零飘飘，这这不不仅仅使使得得系系统统易易受受温温度度变变化化的的影影响响；同同时时，也也使使得得控控制制

2、其其对对阀阀本本身的非线性因素如死区、滞环等难以实现彻底补修。身的非线性因素如死区、滞环等难以实现彻底补修。2、增加了、增加了D/A接口电路，增加了成本和故障发生几率。接口电路，增加了成本和故障发生几率。3、用用于于驱驱动动比比例例阀阀和和伺伺服服阀阀的的比比例例电电磁磁铁铁和和力力矩矩马马达达存存在在着着固固有有的的磁磁滞滞现现象象，导导致致阀阀的的外外控控特特性性表表现现出出2%8%的的滞滞环环。采采用用阀阀芯芯位位置置检检测测和和反反馈馈等等臂臂环环控控制制的的方方法法可可以以基基本本消消除除比比例例阀阀的的滞环，但却使阀的造价大大增加。滞环，但却使阀的造价大大增加。4、由由于于结结构构

3、特特点点所所决决定定，比比例例电电磁磁铁铁的的磁磁路路一一般般只只能能由由整整体体式式磁磁性性材材料料构构成成，在在高高频频信信号号作作用用下下，由由铁铁损损而而引引起起的的温温升升较较为为严重。严重。二、直接式数字控制二、直接式数字控制 电液直接控制技术主要有高速开关阀的控制步进电机直接数字控制阀组控制直接式数字控制原理直接式数字控制原理 直接数字控制技术的优点数字控制技术的优点 结构简单结构简单结构简单结构简单,工艺性好；工艺性好；工艺性好；工艺性好；价格较低价格较低价格较低价格较低,功耗较小功耗较小功耗较小功耗较小;是廉价的比例控制系统；是廉价的比例控制系统；是廉价的比例控制系统；是廉价

4、的比例控制系统；便于实现自动化和远距离调节（抗干扰）便于实现自动化和远距离调节（抗干扰）便于实现自动化和远距离调节（抗干扰）便于实现自动化和远距离调节（抗干扰）;抗污染能力强抗污染能力强抗污染能力强抗污染能力强;流量调节范围大流量调节范围大流量调节范围大流量调节范围大,内泄漏量小内泄漏量小内泄漏量小内泄漏量小,调定流量的负载特性好调定流量的负载特性好调定流量的负载特性好调定流量的负载特性好;可直接与计算机接口可直接与计算机接口可直接与计算机接口可直接与计算机接口,不需不需不需不需D/A D/A 转换器转换器转换器转换器;线性度、重复误差与分辨率均较小线性度、重复误差与分辨率均较小线性度、重复误

5、差与分辨率均较小线性度、重复误差与分辨率均较小,工作精度高工作精度高工作精度高工作精度高;死区和滞环稍大。死区和滞环稍大。死区和滞环稍大。死区和滞环稍大。目前实际工业使用的三种电液控制系统比较 上述三种系统，上述三种系统，上述三种系统，上述三种系统，1 1 和和和和2 2 系统实质都为系统实质都为系统实质都为系统实质都为模拟控制系模拟控制系模拟控制系模拟控制系统统统统。3 3 则为则为则为则为全数字式控制系统全数字式控制系统全数字式控制系统全数字式控制系统，若此系统指令信，若此系统指令信，若此系统指令信，若此系统指令信号为模拟量时，可通过号为模拟量时，可通过号为模拟量时，可通过号为模拟量时，可

6、通过A/DA/D转换成数字信号输送转换成数字信号输送转换成数字信号输送转换成数字信号输送给微机；但其主回路仍保持数字控制，故仍为全给微机；但其主回路仍保持数字控制，故仍为全给微机；但其主回路仍保持数字控制，故仍为全给微机；但其主回路仍保持数字控制，故仍为全数字式系统。这两类系统的根本区别是：前类的数字式系统。这两类系统的根本区别是：前类的数字式系统。这两类系统的根本区别是：前类的数字式系统。这两类系统的根本区别是：前类的理论基础为线性控制理论，即主要元件（放大器、理论基础为线性控制理论，即主要元件（放大器、理论基础为线性控制理论，即主要元件（放大器、理论基础为线性控制理论，即主要元件（放大器、

7、伺服阀等）以连续流体，连续电量运行均呈线性伺服阀等）以连续流体，连续电量运行均呈线性伺服阀等）以连续流体，连续电量运行均呈线性伺服阀等）以连续流体，连续电量运行均呈线性特征；而后类则以离散理论为基础的特征；而后类则以离散理论为基础的特征；而后类则以离散理论为基础的特征；而后类则以离散理论为基础的“0”0”、“1”1”为特征脉冲流体控制，输入、输出均为数字为特征脉冲流体控制，输入、输出均为数字为特征脉冲流体控制，输入、输出均为数字为特征脉冲流体控制，输入、输出均为数字量。量。量。量。两类系统在结构、元件特性上具有完全不同的特点：两类系统在结构、元件特性上具有完全不同的特点：两类系统在结构、元件特

8、性上具有完全不同的特点：两类系统在结构、元件特性上具有完全不同的特点：1 1）元件特性要求不相同。即前类元件特性必须）元件特性要求不相同。即前类元件特性必须）元件特性要求不相同。即前类元件特性必须）元件特性要求不相同。即前类元件特性必须严格呈线性特性；而后类属严格呈线性特性；而后类属严格呈线性特性；而后类属严格呈线性特性；而后类属“开开开开”、“关关关关”性元件，性元件，性元件，性元件，其要求的严格性明显低于前者。其要求的严格性明显低于前者。其要求的严格性明显低于前者。其要求的严格性明显低于前者。2 2）当需要实现计算机实时控制时，前类需要）当需要实现计算机实时控制时，前类需要）当需要实现计算

9、机实时控制时，前类需要）当需要实现计算机实时控制时，前类需要 A/D A/D；而后类可直接与微机接口。；而后类可直接与微机接口。；而后类可直接与微机接口。；而后类可直接与微机接口。3 3）前类系统所用元件数量多、环节多、结构复）前类系统所用元件数量多、环节多、结构复）前类系统所用元件数量多、环节多、结构复）前类系统所用元件数量多、环节多、结构复杂，要求制造精度高，致使系统可靠性降低。而后杂，要求制造精度高，致使系统可靠性降低。而后杂，要求制造精度高，致使系统可靠性降低。而后杂，要求制造精度高，致使系统可靠性降低。而后类所用元件少、环节少，结构较简单元件制造精度类所用元件少、环节少，结构较简单元

10、件制造精度类所用元件少、环节少，结构较简单元件制造精度类所用元件少、环节少，结构较简单元件制造精度比前类低，故系统可靠性高。比前类低，故系统可靠性高。比前类低，故系统可靠性高。比前类低，故系统可靠性高。4 4）在性价比方面，后类明显高于前类。）在性价比方面，后类明显高于前类。）在性价比方面，后类明显高于前类。）在性价比方面，后类明显高于前类。可见，全数字式电液控制系统具有结构简单工作可可见，全数字式电液控制系统具有结构简单工作可靠，性价比高等独特优势。靠，性价比高等独特优势。数字阀分类数字阀分类 1 1、高速开关阀、高速开关阀、高速开关阀、高速开关阀 脉宽调制式高速开关数字阀简称高速脉宽调制式

11、高速开关数字阀简称高速脉宽调制式高速开关数字阀简称高速脉宽调制式高速开关数字阀简称高速开关数字阀、有二位二通和二位三通两种，开关数字阀、有二位二通和二位三通两种，开关数字阀、有二位二通和二位三通两种，开关数字阀、有二位二通和二位三通两种，二者又各有二者又各有二者又各有二者又各有常开和常闭两类。高速开关数字阀控制的基本原理是：常开和常闭两类。高速开关数字阀控制的基本原理是：常开和常闭两类。高速开关数字阀控制的基本原理是：常开和常闭两类。高速开关数字阀控制的基本原理是：用经过调制的脉冲信号来控制阀口的高速开关，用经过调制的脉冲信号来控制阀口的高速开关，用经过调制的脉冲信号来控制阀口的高速开关，用经

12、过调制的脉冲信号来控制阀口的高速开关，以改变以改变以改变以改变阀口开启与关闭的时间比来调节阀输出的平均流量或压阀口开启与关闭的时间比来调节阀输出的平均流量或压阀口开启与关闭的时间比来调节阀输出的平均流量或压阀口开启与关闭的时间比来调节阀输出的平均流量或压力。高速开关阀的阀口只有两个确定的位置，力。高速开关阀的阀口只有两个确定的位置，力。高速开关阀的阀口只有两个确定的位置，力。高速开关阀的阀口只有两个确定的位置，与计算机与计算机与计算机与计算机接口联结极为方便，接口联结极为方便，接口联结极为方便，接口联结极为方便，且抗污染能力与抗干扰能力俱佳。且抗污染能力与抗干扰能力俱佳。且抗污染能力与抗干扰能

13、力俱佳。且抗污染能力与抗干扰能力俱佳。图图图图 是电磁铁驱动的滑阀式二位三通高速开关数字阀的是电磁铁驱动的滑阀式二位三通高速开关数字阀的是电磁铁驱动的滑阀式二位三通高速开关数字阀的是电磁铁驱动的滑阀式二位三通高速开关数字阀的结构示意图。结构示意图。结构示意图。结构示意图。脉冲调制式又可分为：脉冲调制式又可分为：脉宽调制脉宽调制（）（）脉幅调制（）脉幅调制（）脉频调制（）脉频调制（）脉码调制（）脉码调制（）脉数调制（）脉数调制（）脉宽调制（）脉宽调制（）一个周期内通过开关阀的平均流量：2 2、阀组式、阀组式、阀组式、阀组式这种阀由几个结构参数已知的阀组合，这种阀由几个结构参数已知的阀组合，这种阀

14、由几个结构参数已知的阀组合，这种阀由几个结构参数已知的阀组合，融入计算融入计算融入计算融入计算逻辑控制构成阀组式数字阀控制系统。根据阀输逻辑控制构成阀组式数字阀控制系统。根据阀输逻辑控制构成阀组式数字阀控制系统。根据阀输逻辑控制构成阀组式数字阀控制系统。根据阀输出的压力或流量形成不同要求等级对组合阀进行出的压力或流量形成不同要求等级对组合阀进行出的压力或流量形成不同要求等级对组合阀进行出的压力或流量形成不同要求等级对组合阀进行开启控制。用在不同的时间开启不同组合阀的办开启控制。用在不同的时间开启不同组合阀的办开启控制。用在不同的时间开启不同组合阀的办开启控制。用在不同的时间开启不同组合阀的办法

15、，法，法，法，使阀输出的压力或流量形成不同的等级。这使阀输出的压力或流量形成不同的等级。这使阀输出的压力或流量形成不同的等级。这使阀输出的压力或流量形成不同的等级。这种数字阀体积大，种数字阀体积大，种数字阀体积大，种数字阀体积大，成本高，成本高，成本高，成本高，且其数字化等级受阀且其数字化等级受阀且其数字化等级受阀且其数字化等级受阀的数目限制。目前，的数目限制。目前，的数目限制。目前，的数目限制。目前，这种数字阀已很少使用。这种数字阀已很少使用。这种数字阀已很少使用。这种数字阀已很少使用。阀组式数字流量控制系统特性阀组式数字流量控制系统特性 步进式数字阀是利用步进电机作为电机械转换器的，步进电

16、机接收脉冲序列的控制，输出位移转角，转角与输入的脉冲数成正比。然后通过机械转换装置，一般为齿轮减速的凸轮机构或螺杆机构，把转角变成阀芯的阀位移，使阀口开启或关闭。步进电机转过一定的角度相当于数字阀的一定开度。因此，这种阀可以控制相当大的流量和压力范围。3、步进式（离散式比例阀）、步进式（离散式比例阀）增量式数字阀具有以下优点：增量式数字阀具有以下优点：首先步进电机本身就是一个数字式元件，首先步进电机本身就是一个数字式元件，这便于与计算机接这便于与计算机接口联接，简化了阀的结构，口联接，简化了阀的结构，降低了成本。并且步进电机没有降低了成本。并且步进电机没有累积误差，累积误差，重复性好。当采用细

17、分式驱动电路后，重复性好。当采用细分式驱动电路后，理论上理论上可以达到任何等级的定位精度，可以达到任何等级的定位精度，如一些公司及研究院所研制如一些公司及研究院所研制的步进数字阀的定位精度均达到的步进数字阀的定位精度均达到.。其次步进电机几乎没有滞环误差，其次步进电机几乎没有滞环误差，因此整个阀的滞坏误差很因此整个阀的滞坏误差很小，小，上述一些公司及研究院所研制的数字阀滞环误差均在上述一些公司及研究院所研制的数字阀滞环误差均在.以内。再次步进电机的控制信号为脉冲逻辑信号，以内。再次步进电机的控制信号为脉冲逻辑信号，因此整个阀的可靠性和抗干扰能力都比相应的比例阀和伺服因此整个阀的可靠性和抗干扰能力都比相应的比例阀和伺服阀好。最后增量式数字阀对阀体没有特别的要求，阀好。最后增量式数字阀对阀体没有特别的要求，可以沿用可以沿用现有比例阀或常规阀的阀体。由于增量式数字阀具有许多突现有比例阀或常规阀的阀体。由于增量式数字阀具有许多突出的优点，出的优点，因此这类阀获得广泛的应用。因此这类阀获得广泛的应用。步进式步进式步进式步进式压力阀压力阀步进式流量数字阀步进式流量数字阀