图

　液压

PWM

控制原理

较

如果在某时刻

R ( t )

的值大于载波信号

Z ( t )

的

值

则使阀开启

否则使阀关闭

从而得到如图 1b 中

所示的一系列控制指令 ,将这一系列控制指令施加
到高速开关阀的电磁铁线圈上 ,于是在一个循环时
间

内 ,有

的时间阀通路打开 ,有流量

通过

有

off

的时间阀关闭无流量通过. 其中时间

与 T

之比 ,脉冲宽度调制率 (也称占空比) ,记为

. 由于高速开关阀工作时的载波周期

非常小

(常取

= 0. 01～0. 15 s) . 因此 ,设

为通过高速

开关阀的平均流量

, C

为流量系数 ,

为阀最大开

口面积 ,Δ

为油液的压差

, D

为脉冲宽度信号调制

率

ρ为油液的密度

可用平均流量

来表示这一时

间内的阀的输出流量

表示为

2Δ

　高速开关电磁阀

P WM

技术的应用

在液压控制系统中 ,常常需要对液压泵或液压

缸等元件进行调节 ,来满足工程实际应用的要求 ,传
统的调节方式是人工操作的 ,如手动变量泵的手动
调节方式等. 随着电液控制技术的发展 ,大量数字液
压元件和电子元件的广泛运用 ,使得电液控制系统
实现数字化控制极为方便. 如前所述 ,高速开关电磁
阀是 20 世纪 80 年代发展起来的新型数字阀 ,国内
外学者对高速开关阀及由其构成的电液控制系统进

行了深入的研究 ,取得了令人鼓舞的成果.

2. 1 　液压泵输出控制

液压泵的变量调节机构常常采用机械式或纯液

压式结构 ,一般情况下 ,能够按照系统的要求控制液

压泵的流量和压力 ,但也存在一些固有的局限性

[ 2 ]

a . 对于工程机械和机床设备的液压系统 ,采用

微计算机控制日益广泛 ,这些控制器要求电信号和
液压系统之间的信号转换接口 ,而纯液压或机械式
调节机构很难适应这种要求.

b. 如果负载需要液压泵输出的流量和压力变化

比较大 ,采用纯液压或机械式调节机构将会使液压
泵的结构复杂化 ,而且往往达不到最佳控制效果.

c. 液压泵的液压或机械调节机构在泵控制特

性、

适应性、

可靠性以及产品质量等方面很难达到最

佳.

d. 机械或纯液压调节机构使液压泵的远程控制

不但价格昂贵、

结构笨重 ,而且控制特性存在严重的

容积滞后 ,严重时可能造成系统不稳定.

由于这些局限性 ,在计算机技术和电子器件日

益广泛应用的今天 ,人们不断地致力于液压泵电液
控制技术的研究 ,以求避免上述缺点.

在恒压变量泵系统中 ,当负载压力与恒压泵调

整压力之比愈小时 ,恒压泵系统效率愈低 ,如能根据
在系统工作过程中不同的负载要求 ,设计成负载压
力和流量有多级 ,而又在系统工作过程中能自动转
换或进行远距离调整的恒压变量泵 ,将使恒压变量
泵能适用于更复杂的系统和达到最佳的节能效果 ,
可实现恒压变量泵输出工作参数的无级控制. 针对
当前电液控制领域的研究热点 ,笔者提出了基于高
速开关电磁阀控制的新型变量伺服机构 ,通过计算
机采用脉冲宽度调制技术和相关控制策略 ,实现了
恒压变量泵与负载系统耦合时 ,泵的输出工作参数
无级调节控制. 新型变量伺服机构电液控制原理如
图 2 所示

[ 3 - 5 ]

图

　电液控制的变量伺服机构

在变量伺服机构中 ,以高速开关电磁阀作为先

导控制阀 ,两压力传感器采样得到的压力信号通过

・

1机械与电子2

2006 (4)