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高速開關閥先導控制的電液位置系統設計
發布時間：2017-11-22
液壓滑臺常用于機床實現進給運動。研究表明，一般液壓系統控制的滑臺在定位過程中無法克服因摩擦力而造成穩態誤差，同時會產生抖動現象，但用電液位置伺服系統控制的液壓滑臺能夠滿足低速運動時高精度定位的需要［1-2］。工業上用于電液位置控制系統的核心元件有伺服閥、比例閥和高速開關閥等。高速開關閥由于具有極高的響應速度、結構緊湊、重復性好、工作耐久可靠、抗污染能力強以及價格便宜等諸多優點，引起了人們的廣泛關注和研究。但是，由于高速開關閥工作流量偏小，不足以直接驅動功率較大的液壓位置控制系統。因此需要研究改進的辦法以使其能夠用于大流量、大功率的液壓位置系統；采用高速開關閥先導控制的方式既可以避免其輸出流量偏小的缺點，同時又能保留其便于直接通過計算機控制的優點，是一種很有前途的、可行的電液位置控制系統方案。
1.新型電液位置控制系統的設計方案
高速開關閥先導驅動的電液位置控制系統的結構如圖1所示。
1.1工作原理
如圖1所示，該系統由兩個貴州紅林機械廠生產的HSV2333型高速開關閥和一個三位四通液控換向閥組成。系統采用單端驅動方式，在此驅動方式下，無論液壓缸活塞向哪個方向運動，每個脈寬調制周期內都只有一個高速開關閥開啟而另一個高速開關閥關閉，當控制誤差大于零時，閥4開啟，閥5關閉；當控制誤差小于零時，閥5開啟，閥4關閉。每個閥的開啟與關閉狀態都取決于誤差的正負，而誤差數值的大小決定了該閥輸出的平均流量大小，即輸入到高速開關閥678信號的占空比的大小。在每個脈寬調制周期內，對于該控制系統的控制量（作用在各高速開關閥的脈寬調制信號的寬度），每個閥彼此獨立，都有自己的工作狀態。單端導通方式具有有效利用能源的優點，且控制方法簡單。
當單片機未輸出控制信號時，兩個高速開關閥4和5接通9口泄出壓力油，同時6口封閉。此時滑閥在兩端彈簧的作用下處于中位（8型中位機能），接通滑閥的6口和9口為泵卸荷，而:、;口封閉，系統保壓，維持液壓缸兩腔的壓力。當高速開關閥4有678信號輸入時，高速開關閥的控制口6口接通<4，產生平均流量，壓力油送入液控換向閥的左端，推動閥芯向右移動，液控換向閥內的對中彈簧產生反向壓力并逐漸增大，當達到預定開口度時閥芯停止，此時高速開關閥5無信號輸入，右端壓力油可通過<5油，主液壓泵604的油液經:口送入液缸左腔，活塞桿右行，完成對液壓缸的控制。由于高速開關閥通過678信號的改變可實現成比例的輸出控制壓力油，因此，能很方便地實現對滑閥開口量的控制，從而實現對液壓缸的連續比例控制。液壓缸活塞左行運動系統控制原理相同，故不再描述［3］。
1.2單片機控制單元
該系統采用飛利浦公司生產的單片機830552作為核心控制器，該單片機是80051系列單片機的改進型號，兼容80051指令系統，除提供了80051標準的功能以外，還提供了適應十儀器儀表、土業控制、汽車控制、特殊馬達管理、變速箱控制等實時一應用領域的令用功能部件LaJ。內部包含有:8k字節ROM程序存貯器;256字節RAM數據存貯器;6個8位I/0 I 1;2個16位定時一器/事件i「數器;1個附加的配置捕捉和比較寄存器的16位定時一器;2路8位精度的脈沖寬度調制輸出PWM I 1;2個串行II(異步串行II和I2C總線);15個中斷源和2個中斷優先級嵌套的中斷系統。
系統由83 0552的脈沖寬度調制PWM輸出II輸出兩路PWM信號分別控制高速開關閥1和2的開啟和關閉，并通過預分頻控制寄存器(PWMP)和PW MO和PWM1寄存器的比較輸出不同占空比的脈沖信號，以此調節高速開關閥的平均輸出流量。由十單片機的PWM引腳輸出信號功率有限，不足以直接驅動高速開關閥，為此選用了直流型固態繼電器(SSR)作為功率驅動兒件，實現PWM信號的功率放大。固態繼電器(SSR)是電子繼電器，它的輸入端和輸出端之間有光電隔離。由十其內部無運動部件，故無振動，無沖擊噪聲，它的開關速度很快，通常小十10 },s，可直接由TTL或CMOS邏輯控制，滿足木系統的要求。系統位移傳感器反饋的模擬位移信號選用ADC0809進行模數轉換，ADC0809型是8位精度全MOS A/D轉換器。片內有三態數據輸出鎖存器，與微處理器兼容，輸入方式為單通道，轉換時一間約為100 },s>'};的非線性誤差為1 1 LSB，土作電壓為+5 Vo通過ADC0809，位移傳感器的位移反饋信號被送入單片機形成偏差信號，進而控制整個系統。
2 結語
為提高液壓滑臺的控制精度及穩定性，利用高速開關閥可實現連續比例調節控制的特點，提出了高速開關閥先導控制，液控換向閥作為功率放大級的電液位置控制系統的設i}一方案，與傳統機液系統相比，該電液位置控制系統便十i}一算機控制，可柔性調整參數，容易獲得較好的動靜態特、土作穩定可靠。
摘自：中國計量測控網
