用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)控制液壓設(shè)備

如果您可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的信號(hào)準(zhǔn)確控制液壓執(zhí)行器的終端位置和速度會(huì)怎樣？一些系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單的開(kāi)/關(guān)閥，但絕大部分系統(tǒng)需要更高的精度。

在自動(dòng)控制領(lǐng)域，最令人著迷的系統(tǒng)之一是液壓系統(tǒng)，其中流體和電氣控制結(jié)合的力量以驚人的速度和力量移動(dòng)，具有令人印象深刻的細(xì)節(jié)和精確度。

液壓系統(tǒng)中有什么？

典型的液壓系統(tǒng)由連接到泵的電機(jī)、容納液壓流體的儲(chǔ)液器和輸出裝置（如執(zhí)行器）組成。大多數(shù)系統(tǒng)都包含用于一個(gè)泵和電機(jī)的多個(gè)輸出設(shè)備，尤其是在難以立即獲得電動(dòng)運(yùn)動(dòng)或無(wú)法提供足夠力的位置。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在所有輸出設(shè)備之后將流體返回到儲(chǔ)液罐，這被稱為閉環(huán)系統(tǒng)。如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，這些系統(tǒng)可提供大量動(dòng)力和力量。液壓系統(tǒng)可用于將車輛提升到空中，以便機(jī)械師維修車輛或在裝配線上將部件組裝在一起。液壓系統(tǒng)的另一個(gè)組成部分是控制閥。閥門(mén)在所有系統(tǒng)中可能不是絕對(duì)關(guān)鍵的，但就像用于電力的按鈕和開(kāi)關(guān)一樣，您不太可能找到缺少控制設(shè)備的系統(tǒng)。 

圖 1.液壓執(zhí)行器由手動(dòng)或電動(dòng)電磁閥控制。圖片由Canva提供

液壓缸或執(zhí)行器

對(duì)于典型的液壓系統(tǒng)，泵將為輸出裝置提供恒定壓力，然后流體將被引導(dǎo)至氣缸上的伸出或縮回端口。當(dāng)擴(kuò)展端口接收來(lái)自泵的壓力時(shí)，流體將填充在活塞后面，將桿從氣缸頂部推出。如果壓力保持恒定，則桿的速度將保持不變，這意味著如果氣缸上沒(méi)有流量控制裝置，桿將快速移動(dòng)并可能損壞設(shè)備。一旦氣缸到達(dá)沖程末端，控制閥將需要切換到中心位置。

控制閥

控制閥是一塊帶有多個(gè)端口的鋼塊，這些端口包含內(nèi)部閥芯，這些閥芯可以轉(zhuǎn)換為引導(dǎo)流體?？刂崎y的每一級(jí)將有兩個(gè)方向通過(guò)閥門(mén)以提供一個(gè)作用和一個(gè)返回，通常用于雙作用氣缸。通常，控制閥的中心位置允許氣缸中的流體保持加壓，但仍允許進(jìn)入閥的流體返回油箱。

流量控制

流量控制是與流體管線平行放置的可調(diào)節(jié)孔口。當(dāng)向伸展或收縮施加壓力時(shí)，這些裝置可防止快速啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)減少進(jìn)入氣缸的流體流量，我們可以控制輸出桿的速度，從而移動(dòng)工具。這些流量控制閥主要負(fù)責(zé)對(duì)任何液壓缸進(jìn)行更精細(xì)、更精細(xì)的控制。計(jì)算機(jī)算法可以預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)，然后根據(jù)系統(tǒng)行為提供適當(dāng)?shù)男盘?hào)來(lái)加速或減慢氣缸運(yùn)動(dòng) - 通常與PID 型控制器結(jié)合使用。 

圖 2.電磁控制滑閥組。圖片由峰會(huì)提供

控制最終位置（開(kāi)環(huán)）

控制液壓缸位置的最簡(jiǎn)單方法是將液壓缸驅(qū)動(dòng)到硬停止。有時(shí)這個(gè)擋塊是一塊鋼，安裝在固定執(zhí)行器的夾具上，有時(shí)擋塊位于執(zhí)行器本身內(nèi)。這種位置控制被稱為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，它為您提供清晰準(zhǔn)確的停止位置，但不會(huì)向控制器反饋執(zhí)行器已到達(dá)其停止位置。一個(gè)例子是挖掘機(jī)，使用固定壓力將鏟斗降低到一個(gè)位置，然后從該區(qū)域推出泥土，移動(dòng)的泥土量與鏟斗的位置有關(guān)。在壓力機(jī)應(yīng)用中，最終位置可能是力傳感器、壓力傳感器或位置傳感器，這種定位方式稱為閉環(huán)系統(tǒng)。反饋信號(hào)被發(fā)送到控制系統(tǒng)，表示執(zhí)行器已到達(dá)其目標(biāo)位置。致動(dòng)器的最終位置與反饋到控制系統(tǒng)的傳感器有關(guān)。在任何一種情況下，一旦執(zhí)行器到達(dá)最終位置，控制閥可以移動(dòng)到中心位置以保持執(zhí)行器的當(dāng)前位置。 

圖 3.直接安裝在執(zhí)行器上的伺服液壓閥的內(nèi)部示意圖。圖片由韓辰提供

電液伺服閥（閉環(huán)）

如果您可以通過(guò)簡(jiǎn)單的控制信號(hào)準(zhǔn)確控制執(zhí)行器的終端位置和速度會(huì)怎樣？這就是電液伺服閥的用武之地。這種閥使用小型伺服來(lái)操縱控制閥，通常與輸入的電壓或電流信號(hào)成比例。由于伺服系統(tǒng)的精確可控性，可以定位閥門(mén)的位置，從而對(duì)流體的壓力和流量進(jìn)行出色的動(dòng)態(tài)控制。如果我們將線性位置傳感器與該系統(tǒng)相結(jié)合，我們現(xiàn)在擁有一個(gè)精確的閉環(huán)系統(tǒng)，可以控制執(zhí)行器的最終位置和速度。

應(yīng)用

液壓執(zhí)行器用于需要移動(dòng)重物或需要向特定位置施加較大力的任何地方。這些執(zhí)行器的位置取決于應(yīng)用。車輛升降機(jī)可能不需要精確定位，但壓制應(yīng)用可能需要將組件壓制到特定位置或力。通常，軸上的軸承在它們之間會(huì)有一個(gè)尺寸，因此當(dāng)安裝軸時(shí)，軸承會(huì)騎在軸頸的特定區(qū)域上，這需要在壓制過(guò)程中進(jìn)行精確定位。通過(guò)使用帶有力傳感器的電液伺服閥，我們收集有關(guān)壓制動(dòng)作的數(shù)據(jù)，并確保壓力機(jī)成功完成其工作。

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