增量式數(shù)字閥控制原理

增量式數(shù)字閥控制系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示。微型計(jì)算機(jī)（下簡稱微機(jī)）發(fā)出脈沖序列經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大后使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一個(gè)數(shù)字元件．根據(jù)增量控制方式工作。增量控制方式是由脈沖數(shù)字調(diào)制法演變而成的一種數(shù)字控制方法，是在脈沖數(shù)字信號(hào)的基礎(chǔ)上，使每個(gè)采樣周期的步數(shù)在前一采樣周期的步數(shù)上增加或減少一些步數(shù)，從而達(dá)到需要的幅值。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖數(shù)成比例，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每得到一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子便沿給定方向轉(zhuǎn)動(dòng)一固定的步距角，再通過機(jī)械轉(zhuǎn)換器（絲桿螺母副或凸輪機(jī)構(gòu)）使轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為軸向位移，使閥口獲得一相應(yīng)開度，從而獲得與輸入脈沖數(shù)成比例的壓力和流量。有時(shí)，閥中還設(shè)置用以提高閥重復(fù)精度的零位傳感器和用以顯示被控量的顯示裝置。增量式數(shù)字閥的輸入和輸出信號(hào)波形圖如圖2所示。由圖2可見，閥的輸出量與輸入脈沖數(shù)成正比，輸出響應(yīng)速度與輸入脈沖頻率成正比。對(duì)應(yīng)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，閥的輸出量有一定的分辨率，它直接決定了閥的最高控制精度。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是電液數(shù)字閥的重要組成部分，它是一種數(shù)字式的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換器，利用電磁作用原理工作，它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由專用的驅(qū)動(dòng)電源（控制器）供給電脈沖，每輸入一個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)輸出軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角（常見的步距角有0.75"、0.9"、1.5"、1.8"、3"等），實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式運(yùn)動(dòng)。

下表是某公司生產(chǎn)的增量式數(shù)字閥規(guī)格系列。

某公司生產(chǎn)的增量式數(shù)字閥規(guī)格系列

按工作原理不同，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有反應(yīng)式（轉(zhuǎn)子為軟磁材料）、永磁式（轉(zhuǎn)子材料為永久磁鐵）和混合式（轉(zhuǎn)子中既有永久磁鐵又有軟磁體）等。其中反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用普遍；永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角大，不適宜控制；混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自定位能力強(qiáng)，步距角較小。混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用作電液數(shù)字流量閥和電液數(shù)字壓力閥的電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換器，控制性能和效果良好。

增量式數(shù)字閥具有以下優(yōu)點(diǎn)：①步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本身就是一個(gè)數(shù)字式元件，這便于與計(jì)算機(jī)接口連接，簡化了閥的結(jié)構(gòu)，降低了成本，并且步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒有累積誤差，重復(fù)性好，當(dāng)采用細(xì)分式驅(qū)動(dòng)電路后，理論上可以達(dá)到任何等級(jí)的定位精度，如一些公司及研究院所研制的步進(jìn)數(shù)字閥定位精度均達(dá)到0.1%；②步進(jìn)電動(dòng)機(jī)幾乎沒有滯環(huán)誤差，因此整個(gè)閥的滯環(huán)誤差很小，一些公司及研究院所研制的數(shù)字閥滯環(huán)誤差均在0.5%以內(nèi)；③步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)為脈沖邏輯信號(hào)，因此整個(gè)閥的可靠性和抗干擾能力都比相應(yīng)的比例閥和伺服閥好；④增量式數(shù)字閥對(duì)閥體沒有特別的要求，可以沿用現(xiàn)有比例閥或常規(guī)閥的閥體，由于增量式數(shù)字閥具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此這類閥獲得廣泛的應(yīng)用。

應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用要求的負(fù)載力矩、運(yùn)行頻率、控制精度等，依據(jù)制造商的產(chǎn)品型錄（或樣本）及使用指南提供的運(yùn)行參數(shù)和矩頻特性曲線，選擇合適步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)及其配套的驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在使用中應(yīng)注意合理確定運(yùn)行頻率，否則將導(dǎo)致帶載能力降低而產(chǎn)生丟步甚至停轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作失常。