[发明专利]一种数字式锥阀

说明书

本发明属非电量的控制或调节系统领域，对流体压力进行控制或调节，特别涉及液压阀类元件中的数字式锥阀。

随着微型计算机的广泛应用，国外已开始生产步进电机驱动式数字阀，国内也正在研制。文献《Digital    Valve    and    Control    System》（日本东京计器公司，1986.12）及《数字式溢流阀研究资料》（广州机床研究所，1986.10）所介绍的步进电机驱动式数字阀，其控制形式均为开环控制，其性能受到局限，与其它类型阀的竞争力不强，难于推广应用。

本发明的目的是：对上述现有的数字阀的开环控制改进成闭环控制，用以大幅度地提高上述现有的数字阀的静态、动态性能，降低机械加工精度要求。

本发明的任务是以如下方式完成的：根据数字控制理论和模糊控制理论的原理，在硬件上只需增加一个压力传感器，采用适当的软件控制，就组成闭环式的数字式锥阀。

由于步进电机驱动式数字阀的数学模型是一个放大系数随控制量幅值变化而变的随机模型，而且非线性很严重，采用传统的控制算法如PID来改善其动、静态性能效果不明显。本发明设计了一种分区线性控制器，根据误差信号e和误差信号变化率的变化分成不同的区域，不同的区域采用不同的控制算法。如附图1所示，将e-平面分成14个区域（A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N），每个区域采用不同的PID控制算法，具有自调节的功能。由于把单板机作为控制器，其功能最后归结为查找控制表，所以速度非常快，能实现计算机的联机实时控制。

本发明的优点是：分区线性控制器闭环控制的数字阀与该阀的开环控制形式相比，动态响应速度成倍提高，静压差、线性误差、滞环误差等静态性能显著改善;其成本与电液比例阀相近;另外本发明的这种分区线性控制器闭环控制的方法，为一类缺乏精确数学模型的被控对象提供了另一种设计和实现控制系统的方法，也可以直接改造其它类型（如比例式、手动式）的锥阀;可用于高压、大流量，高压、小流量，低压、大流量和低压、小流量场合。

以下结合附图对本发明作进一步的描述。

图1是把误差信号e和误差信号变化率的平面分成14个区域的示意图。

图2是本发明的一种数字式锥阀中步进电机、凸轮、推杆、弹簧和阀芯等部分的具体结构图。

图3是本发明的一种数字式锥阀的组成框图。

图4是本发明的一种数字式锥阀的控制软件框图。

参照图1，图内A至N为每个区域的标号。

参照图2，其中[1]为步进电机，[2]为凸轮，[3]为推杆，[4]为弹簧，[5]为阀芯，图中X为进油口，Y为出油口。

参照图3，本发明由A/D转换器[6]、Z-80单板机[7]、驱动电路[8]、步进电机[1]、凸轮[2]、推杆[3]、弹簧[4]、阀芯[5]和压力传感器[9]等组成闭环的数字式锥阀。其控制和调节过程如下：Z-80单板机[7]启动A/D转换器[6]，读入指令信号R（k）和反馈信号ρ（k），计算误差信号e和误差信号变化率，根据计算出的误差信号e和误差信号变化率所在的某区域（图1），采用相应于该区域的PID控制算法算出控制量，经过驱动电路[8]，控制步进电机[1]转动，带动凸载[2]，推动推杆[3]和压缩弹簧[4]，进而控制阀芯[5]的开口量，从而自动控制出油口Y的输出压力。

图4是本发明的一种数字式锥阀的控制软件框图。

本发明的A/D转换器[6]为ADC0808，输出误差≤±0.6%± 1/2 LSB;输入误差≤±0.4%± 1/2 LSB。压力传感器[9]为BPR-2型，分辨能力为额定压力的0.1%，固有频率为35千赫左右。所用步进电机[1]为西安微电机研究所研制的55BYG4型步进电机，空载启动频率为450PPS，最高空载运行频率为790PPS，步距角采用1.8度，最大静转矩3.6kg·cm。如果采用性能更好的步进电机，本发明的数字式锥阀的性能还将进一步改善。附表1是本发明的数字式锥阀的性能指标。