高速開關式數字閥控制原理
高速開關元件PWM（脈寬調制式）控制思想源于電動機的PWM控制，即通過改變占空比，使一個周期時間內輸出的平均值與相應時刻采樣得到的信號成比例，如果周期是固定不變的，通過改變導通時間來改變占空比的控制方式。
在流體動力系統(tǒng)中，通過控制開關閥的通斷時間比，以獲得在某一段時間內流量的平均值，進而實現(xiàn)對下一級執(zhí)行機構的控制。脈寬調制信號是具有恒頻率、不同開啟時間t比率的信號，如圖20所示，脈寬時間tp對采樣周期T的比值tp/T為脈寬占空比，用它來表征采樣周期的幅值。用脈寬信號對連續(xù)信號進行調制，可將圖20 (a)中的連續(xù)信號調制成圖20 (b)中的脈寬信號。此處調制的對象是流量，則每個采樣周期的平均流量為q=qntp/T，與連續(xù)信號處的流量相對應，式中qn為調制對象的額定流量。
脈寬調制(PWM)型高速數字開關閥的控制系統(tǒng)框圖如圖21所示。由微型計算機產生脈寬調制的脈沖序列，經脈寬調制放大器放大后驅動數字閥，即高速開關閥控制流量或壓力。由于作用于閥上的信號是一系列脈沖，所以高速開關閥也只有與之對應的快速切換“開”和“關”兩種狀態(tài)，而以開啟時間的長短來控制流量。在閉環(huán)系統(tǒng)中，由傳感器檢測輸出信號反饋到計算機中形成閉環(huán)控制。如果信號是確定的周期信號或其他給定信號，可預先編程存在計算機內，由計算機完成信號發(fā)生功能；如果信號是隨機信號，則信號源經A/D轉換后輸入計算機內，由計算機完成脈寬調制后輸出。在需要作兩個方向運動的系統(tǒng)中，要用兩個數字閥分別控制不同方向的運動。與增量式數字閥控制系統(tǒng)相同，該系統(tǒng)的性能與計算機、放大器、數字閥有關，三者相互關聯(lián)，使用時必須有這些配套的裝置。
此種控制方式具有不堵塞、抗污染能力強及結構簡單的優(yōu)點。系統(tǒng)可以是開環(huán)控制，也可以進行閉環(huán)控制。開環(huán)控制不存在穩(wěn)定性問題，控制比較簡單。
閉環(huán)控制精度較高，但控制比較復雜，傳感器及A/D轉換器等價格比較昂貴。其應用范圍受以下缺點的限制：①由于高速開關閥的PWM控制最終表現(xiàn)為一種機械信號的調制，噪聲大，易于產生壓力脈動和沖擊，影響元件自身和系統(tǒng)的壽命及工作可靠性；②控制特性受機械調制頻率不易提高的限制。