自动控制

与

检　　测

液压脉冲宽度调制技术的应用研究

刘　忠 　　　　　

(湖南师范大学 ,湖南长沙 410081) 　　　　

Applicatio n Research of Pul se Widt h Mo dulatio n Technolo gy o n Hydraulic System

L IU Zhong

( Hunan No rmal U niversity ,Changsha 410081 ,China)

　　摘要 :结合液压系统的计算机控制技术 ,讨论了

液压脉冲宽度调制 ( PWM) 技术的基本原理 ,并结合
实例重点分析了高速开关电磁阀 PWM 技术在工程
中的应用.

关键词 :液压 ;脉冲宽度调制 ;高速开关阀 ;数字

控制

中图分类号 : T H137
文献标识码 :B
文章编号 :1001 2257 (2006) 04 0038 03

收稿日期

:2006

基金项目

湖南省教育厅重点基金资助

(03A027)

Abstract : Co mbining

t he

co mp uter

co nt rol

technolo gy of hydraulic system di scussed t he f un

damental of p ul se widt h mo dulatio n technolo gy o n

hydraulic system , analysed engineering applicatio n

of high

speed o n/ off valve PWM technolo gy.

Key words :hydraulic ;p ul se widt h mo dulatio n ;

high

speed o n/ off valve ; digital co nt rol

　引言

在液压控制系统领域 ,最早引入 PWM 技术的

是美国 Logn Hop kins 大学的应用物理实验室 ,

1959 年出现了第一个液压 PWM 控制的开关电液
伺服系统. Goldstein ( 1968 年) 、Hess ( 1972 年) 、

Mansfield (1981 年) 、

Par ker ( 1981 年) 等人的研究

开发 ,获得了一些有关电液开关 PWM 控制的研究
成果. 近年来 ,由高速开关阀构成的各种电液 PWM
数字压力、

流量、

位置及速度控制系统有了较大的发

展. 如液压泵排量的 PWM 控制、

汽车主动悬架的

PWM 控制、

液压缸位置的 PWM 最优控制、

开关定

压网络油马达的 PWM 控制以及内燃机全电子燃油
喷射系统的 PWM 控制等

[ 1 ]

在机电液一体化的应用和发展中 ,电液控制阀

及其数字控制技术起着越来越重要的作用. 电液控
制阀大体可分为电液伺服阀、

电液比例阀和高速开

关电磁阀 3 类 ,其中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优点 ,因而引起了人们的关
注. 1990 年初 ,我国贵州红林机械集团公司与美国

B KM 公司联合 ,成功研制了工作频率可达 200 Hz

的 HSV 系列高速开关电磁阀. 随着高速开关电磁
阀的出现 ,各种基于高速开关阀的电液控制系统也
日益成为人们研究的热点. 在液压 PWM 控制系统
中 ,由计算机输出 PWM 信号经过放大器直接控制
高速开关阀 ,通过改变阀的开启和关闭时间 ,实现对
液压系统流量和压力的控制. 这种液压控制系统要
求高速开关阀具有极高的响应速度和良好的可靠
性 ,而目前工程中常用的液压阀难以满足上述要求.

　液压

PWM

控制原理

液压脉冲宽度控制所用的阀类元件及电气回路

比其它控制方式简单 ,而且与计算机 (单片机) 的适
应性较好. 基于高速开关阀的液压控制系统 ,运用脉
冲宽度调制技术 ,实现微机电液数字控制. PWM 技
术是电脉冲调制的方法之一 ,它可对应于输入信号 ,
对具有固定周期的电脉冲信号进行脉冲宽度调制 ,
故称之为脉宽调制. 调制信号可以由微机 (或单片
机) 产生 ,也可由振荡电路产生. 由高速开关阀构成
的液压控制系统 ,与伺服阀及比例阀的连续控制方
式不同 ,而采用脉冲流量控制方式. 阀直接根据一系
列脉冲电信号进行开关动作 ,在出口输出一系列相
应的脉冲流 ,这一系列脉冲的时间平均被视为控制
流量. 其工作原理如图 1 所示.

在图 1a 中 ,

R ( t )

为计算机产生的控制信号

(

由

程序指令产生

) ,

将该信号与载波信号

Z ( t )

进行比

・

1机械与电子2

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