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高速开关阀先导控制的电液位置系统设计
发布时间：2017-11-22
液压滑台常用于机床实现进给运动。研究表明，一般液压系统控制的滑台在定位过程中无法克服因摩擦力而造成稳态误差，同时会产生抖动现象，但用电液位置伺服系统控制的液压滑台能够满足低速运动时高精度定位的需要［1-2］。工业上用于电液位置控制系统的核心元件有伺服阀、比例阀和高速开关阀等。高速开关阀由于具有极高的响应速度、结构紧凑、重复性好、工作耐久可靠、抗污染能力强以及价格便宜等诸多优点，引起了人们的广泛关注和研究。但是，由于高速开关阀工作流量偏小，不足以直接驱动功率较大的液压位置控制系统。因此需要研究改进的办法以使其能够用于大流量、大功率的液压位置系统；采用高速开关阀先导控制的方式既可以避免其输出流量偏小的缺点，同时又能保留其便于直接通过计算机控制的优点，是一种很有前途的、可行的电液位置控制系统方案。
1.新型电液位置控制系统的设计方案
高速开关阀先导驱动的电液位置控制系统的结构如图1所示。
1.1工作原理
如图1所示，该系统由两个贵州红林机械厂生产的HSV2333型高速开关阀和一个三位四通液控换向阀组成。系统采用单端驱动方式，在此驱动方式下，无论液压缸活塞向哪个方向运动，每个脉宽调制周期内都只有一个高速开关阀开启而另一个高速开关阀关闭，当控制误差大于零时，阀4开启，阀5关闭；当控制误差小于零时，阀5开启，阀4关闭。每个阀的开启与关闭状态都取决于误差的正负，而误差数值的大小决定了该阀输出的平均流量大小，即输入到高速开关阀678信号的占空比的大小。在每个脉宽调制周期内，对于该控制系统的控制量（作用在各高速开关阀的脉宽调制信号的宽度），每个阀彼此独立，都有自己的工作状态。单端导通方式具有有效利用能源的优点，且控制方法简单。
当单片机未输出控制信号时，两个高速开关阀4和5接通9口泄出压力油，同时6口封闭。此时滑阀在两端弹簧的作用下处于中位（8型中位机能），接通滑阀的6口和9口为泵卸荷，而:、;口封闭，系统保压，维持液压缸两腔的压力。当高速开关阀4有678信号输入时，高速开关阀的控制口6口接通<4，产生平均流量，压力油送入液控换向阀的左端，推动阀芯向右移动，液控换向阀内的对中弹簧产生反向压力并逐渐增大，当达到预定开口度时阀芯停止，此时高速开关阀5无信号输入，右端压力油可通过<5油，主液压泵604的油液经:口送入液缸左腔，活塞杆右行，完成对液压缸的控制。由于高速开关阀通过678信号的改变可实现成比例的输出控制压力油，因此，能很方便地实现对滑阀开口量的控制，从而实现对液压缸的连续比例控制。液压缸活塞左行运动系统控制原理相同，故不再描述［3］。
1.2单片机控制单元
该系统采用飞利浦公司生产的单片机830552作为核心控制器，该单片机是80051系列单片机的改进型号，兼容80051指令系统，除提供了80051标准的功能以外，还提供了适应十仪器仪表、土业控制、汽车控制、特殊马达管理、变速箱控制等实时一应用领域的令用功能部件LaJ。内部包含有:8k字节ROM程序存贮器;256字节RAM数据存贮器;6个8位I/0 I 1;2个16位定时一器/事件i「数器;1个附加的配置捕捉和比较寄存器的16位定时一器;2路8位精度的脉冲宽度调制输出PWM I 1;2个串行II(异步串行II和I2C总线);15个中断源和2个中断优先级嵌套的中断系统。
系统由83 0552的脉冲宽度调制PWM输出II输出两路PWM信号分别控制高速开关阀1和2的开启和关闭，并通过预分频控制寄存器(PWMP)和PW MO和PWM1寄存器的比较输出不同占空比的脉冲信号，以此调节高速开关阀的平均输出流量。由十单片机的PWM引脚输出信号功率有限，不足以直接驱动高速开关阀，为此选用了直流型固态继电器(SSR)作为功率驱动儿件，实现PWM信号的功率放大。固态继电器(SSR)是电子继电器，它的输入端和输出端之间有光电隔离。由十其内部无运动部件，故无振动，无冲击噪声，它的开关速度很快，通常小十10 },s，可直接由TTL或CMOS逻辑控制，满足木系统的要求。系统位移传感器反馈的模拟位移信号选用ADC0809进行模数转换，ADC0809型是8位精度全MOS A/D转换器。片内有三态数据输出锁存器，与微处理器兼容，输入方式为单通道，转换时一间约为100 },s>'};的非线性误差为1 1 LSB，土作电压为+5 Vo通过ADC0809，位移传感器的位移反馈信号被送入单片机形成偏差信号，进而控制整个系统。
2 结语
为提高液压滑台的控制精度及稳定性，利用高速开关阀可实现连续比例调节控制的特点，提出了高速开关阀先导控制，液控换向阀作为功率放大级的电液位置控制系统的设i}一方案，与传统机液系统相比，该电液位置控制系统便十i}一算机控制，可柔性调整参数，容易获得较好的动静态特、土作稳定可靠。
摘自：中国计量测控网
