数字技术在液压系统中的应用

1、引言

随着计算机技术的发展，液压系统中数字技术的应用领域得到不断拓展。从 20 世纪

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年代开始，人类已进入了数字化、信息化、知识化时代。数字技术的数学基础

离散

数学、逻辑数学等，早在 17、18 世纪就已经出现。但是发展成为数字技术并付诸实用，则
是在微电子技术和器件的发展之后。20 世纪 60 年代是以使用电子管为主的时期，这时要
在液压系统中大量采用数字技术是有困难的，主要是因为设备庞大、功率损耗很多，系统
可靠性和稳定性也不易满足要求。随着半导体器件、集成器件和超大规模集成器件的出现，
数字技术在液压系统中的应用迅速而又普遍地发展起来。

近几年，由于微型计算机的发展和提高，特别是单板机、单片机低廉的价格，为液

压系统的数字化提供了必要的条件，使数字技术已应用于液压的诸多方面，并且还不断
地在开拓着新的应用领域。数字技术在液压系统的应用主要在直接数字控制（DDC）、计
算机辅助设计（CAD）和计算机辅助测试（CAT）等方面。
2、数字液压元件

为了能使液压系统实现高速、高效及高可靠性，需研制将电信号转换为液压输出的且

性能好的数字元件。这种数字液压元件通过把电子控制装置安装于传统阀、缸或泵内，并
进行集成化处理（如把传感器集成于液压缸的活塞杆上），形成了种类繁多的数字元件，

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如数字阀、数字缸、数字泵等，由数模转换元件直接与计算机相连，利用计算机输出的
脉冲数和频率来控制电液系统的压力和流量。

数字控制阀

液压系统中采用的数字控制阀可分为模拟式阀、组合式数字阀、步进式数字阀及高速

开关阀等类型。

模拟式阀需要进行数模和模数的反复转换，也常采用脉宽调制式控制，是一种间接

式的数字控制。

组合式数字阀是由成组的普通电磁阀和压力阀或流量阀组成的数字式压力或流量阀。

电磁阀接受由微机编码的经电压放大后的二进制电压信号，省去了昂贵的 D/A 转换装置。

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步进式数字阀是采用步进电动机作为电机械转换元件，将输入信号转换为与步数

成比例的阀输出信号，这类阀具有重复精度高、无滞环、无需采用 D/A 转换和线性放大器
等优点，但由于它的响应速度慢，对于要求快速响应的高精密系统，需要采用模拟量控
制方式。

快速开关阀采用脉冲调制法来达到流量控制的目的。产生脉冲调制法有如下几种：

控制脉冲宽度的脉宽调制法（PWM），控制脉冲交变频率的脉冲频率调制法（PFM），
脉冲数调制法（PNM），控制脉冲振幅的脉冲振幅调制法（PAM），以及用 1 或 0 将
PNM 的脉冲数分段并符号化的脉冲符号调制法（PCM）等，而开关阀常用时间比率式脉
宽调制的方法。

2. 数字液压执行元件
数字液压缸是增量式数字控制电液伺服元件，即一种将控制步进电动机的电信号转

换为机械位移的转换元件。步进电动机可以采用微计算机或可编程控制器（PLC）进行控
制。其工作原理是微机发出控制脉冲序列信号，经驱动电源放大后驱动步进电动机运动；
微机通过控制脉冲来控制步进电动机的转速，从而就控制了电液步进液压缸的运动。电液
步进液压缸的位移与控制脉冲的总数成正比；而电液步进液压缸的运动速度与控制脉冲
的频率成正比。