[发明专利]脉宽调制(PWM)比例控制新方法

说明书

本方法涉及一种电液比例控制方法，特别适用于比例方向阀、比例流量阀和比例压力阀场合。

现有的滑阀式比例方向阀中，为了控制阀芯的位移通常采用以下两种方法：(1)采有比例电磁铁直接驱动阀芯，当比例电磁铁的输出力与弹簧力平衡时，阀芯位移与比例电磁铁的输入电压(或电流)大小成正比。由于是开环控制，作用在阀芯上的液动力、弹簧力和摩擦力对阀芯的位移有较大的影响，线性度和精度均不理想，同时要求电磁铁的输出力大，电磁铁的质量也要较大，因此响应时间较长。如REXROTH(理士乐)公司生产的4WRAE10型比例方向阀。(2)在阀芯上增加一个位移传感器，采用复杂的电反馈构成位置闭环控制，虽然能有效地克服了液动力和摩擦力对阀芯位移的影响，线性度和精度也较好，但结构复杂，价格高。如REXROTH(理士乐)公司生产的4WREE型比例方向阀。现有的插装式比例流量阀中，为了控制插装阀阀芯的位移，也有两种方法：(1)在插装阀的阀芯上安装一个位移传感器，先导阀仍采用滑阀式比例方向阀，并采用复杂的电反馈构成闭环位置控制，结构复杂，价格贵，如REXROTH(理力乐)公司生产的2FRE型比例流量控制阀。(2)在插装阀的阀芯上增加一个非线性反馈液阻，先导阀仍采用滑阀式比例方向阀。由于插装阀只有一个控制腔，为非对称结构，控制腔的压力受油源压力和负载压力影响较大，线性度和精度较差，如Vickers(威格士)公司的DIN24342型比例插装阀。在现有的先导式比例压力阀中，主阀芯无位置反馈，因此压力超调较大，稳定性和控制精度均较差，如REXROTH(理士乐)公司生产的DBE(M)型比例压力阀。

针对上述现有技术存在的缺点，本发明的任务是提供一种采用脉宽调制高速数字阀为先导阀，用四个液阻组成桥式回路，并用其中两个液阻作为阀芯位移反馈液阻，构成全液压位置闭环控制的全部的电液比例控制方法。

本发明通过以下技术措施实施，它以脉宽调制(PWM)高速数字阀V₁和V₂作为先导阀，采用四个螺线形线性液阻R₁和R₂、R₃和R₄组成稳定对称的桥式回路，其中阀芯两端的两个螺线形线性液阻R₃和R₄作为阀芯位移的反馈液阻，构成全液压位置闭环控制，通过微调螺线形线性液阻R₁和R₂的位置调整阀芯零位。

本发明具有以下优点：(1)脉宽调制(PWM)高速数字阀电磁铁的质量小，响应快，功耗小，可直接与计算机输出相连结。不需要D/A转换器和价格昂贵的比例放大器。(2)采用阀芯两端的两个螺线形线性液阻R₃和R₄作为阀芯位移的反馈液阻，构成全液压位置闭环控制。大大提高了阀芯运动的平稳性，线性度和控制精度。而且结构简单，成本低。(3)左右两个控制腔的控制压力P₁和P₂较高，因此液动力和摩擦力对阀芯位移的影响小，阀芯具有很高的灵敏度、响应速度、零位稳定性和液压刚度。(4)四个线性液阻组成的对称桥式回路，抵消了油源压力变化的影响，消除了温度改变引起的工作介质粘度变化的影响。(5)通过微调阀芯零位调整螺钉，可以很方便的整定阀芯的零点，停电时两端的弹簧使阀芯自动复位。(6)螺线形线性液阻和脉宽调制高速数字球阀不易堵塞，抗污染能力强。(7)采用四个线性液阻组成对称的桥式回路，并用其中两个液阻作为阀芯位移反馈液阻的原理，不仅可用于滑阀式比例方向阀和比例压力阀以及插装式比例流量阀和比例压力阀，而且可以用于手动压力控制阀和高速开关阀，同时，可用于工作介质为水的液压系统。

附图说明如下：

附图1  脉宽调制比例控制方法工作原理图。

结合附图对本发明作进一步说明如下：

通过阀芯零位调整螺钉调整比例方向阀的零点。当左右两个脉宽调制高速数字阀V₁、V₂输入为零时，阀芯C左右两个控制腔的控制压力P₁和P₂相等：P₁＝P₂＝0.5P_s，P_s为油源压力，阀芯处于零位。当右面的两通常闭高速数字阀输入不为零，左面的高速数字阀V₂输入为零时，右面控制腔的压力P₁降低，阀芯向右运动，P口与B口相通，A口与T口相通。阀芯右移导致液阻R₃增大和液阻R₄减小，从而使得右面控制腔的压力P₁增加和左面控制腔的压力P₂降低。当阀芯左右两个控制腔的控制压力P₁和P₂相等时，阀芯停止在新的位置，并且阀芯的位移与输入比例电磁铁的电压(或电流)大小成正比。若左面的两通常闭高速数字阀输入不为零，右面的高速数字阀输入为零，同理，阀芯向左运动，P口与A口相通，B口与T口相通。阀芯左移导致液阻R₄增大和液阻R₃减小，从而使得左面控制腔的压力P₂增加右面控制腔的压力P₁降低。当阀芯左右两个控制腔的控制压力P₂和P₁相等时，阀芯停止在新的位置，并且阀芯的位移与输入比例电磁铁的电压(或电流)大小成正比。