用開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)控制液壓設(shè)備

如果您可以通過一個簡單的信號準確控制液壓執(zhí)行器的終端位置和速度會怎樣？一些系統(tǒng)使用簡單的開/關(guān)閥，但絕大部分系統(tǒng)需要更高的精度。

在自動控制領(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，具有令人印象深刻的細節(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、容納液壓流體的儲液器和輸出裝置（如執(zhí)行器）組成。大多數(shù)系統(tǒng)都包含用于一個泵和電機的多個輸出設(shè)備，尤其是在難以立即獲得電動運動或無法提供足夠力的位置。整個系統(tǒng)設(shè)計為在所有輸出設(shè)備之后將流體返回到儲液罐，這被稱為閉環(huán)系統(tǒng)。如果設(shè)計得當(dāng)，這些系統(tǒng)可提供大量動力和力量。液壓系統(tǒng)可用于將車輛提升到空中，以便機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)的另一個組成部分是控制閥。閥門在所有系統(tǒng)中可能不是絕對關(guān)鍵的，但就像用于電力的按鈕和開關(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)行器由手動或電動電磁閥控制。圖片由Canva提供

液壓缸或執(zhí)行器

對于典型的液壓系統(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)擴展端口接收來自泵的壓力時，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有流量控制裝置，桿將快速移動并可能損壞設(shè)備。一旦氣缸到達沖程末端，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的每一級將有兩個方向通過閥門以提供一個作用和一個返回，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，這些裝置可防止快速啟動運動。通過減少進入氣缸的流體流量，我們可以控制輸出桿的速度，從而移動工具。這些流量控制閥主要負責(zé)對任何液壓缸進行更精細、更精細的控制。計算機算法可以預(yù)測運動，然后根據(jù)系統(tǒng)行為提供適當(dāng)?shù)男盘杹砑铀倩驕p慢氣缸運動 - 通常與PID 型控制器結(jié)合使用。 

圖 2.電磁控制滑閥組。圖片由峰會提供

控制最終位置（開環(huán)）

控制液壓缸位置的最簡單方法是將液壓缸驅(qū)動到硬停止。有時這個擋塊是一塊鋼，安裝在固定執(zhí)行器的夾具上，有時擋塊位于執(zhí)行器本身內(nèi)。這種位置控制被稱為開環(huán)系統(tǒng)，它為您提供清晰準確的停止位置，但不會向控制器反饋執(zhí)行器已到達其停止位置。一個例子是挖掘機，使用固定壓力將鏟斗降低到一個位置，然后從該區(qū)域推出泥土，移動的泥土量與鏟斗的位置有關(guān)。在壓力機應(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)。反饋信號被發(fā)送到控制系統(tǒng)，表示執(zhí)行器已到達其目標位置。致動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)行器到達最終位置，控制閥可以移動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)）

如果您可以通過簡單的控制信號準確控制執(zhí)行器的終端位置和速度會怎樣？這就是電液伺服閥的用武之地。這種閥使用小型伺服來操縱控制閥，通常與輸入的電壓或電流信號成比例。由于伺服系統(tǒng)的精確可控性，可以定位閥門的位置，從而對流體的壓力和流量進行出色的動態(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有一個尺寸，因此當(dāng)安裝軸時，軸承會騎在軸頸的特定區(qū)域上，這需要在壓制過程中進行精確定位。通過使用帶有力傳感器的電液伺服閥，我們收集有關(guān)壓制動作的數(shù)據(jù)，并確保壓力機成功完成其工作。

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