闭环控制数字液压缸及实验研究

　　随着计算机及微电子技术的不断发展，数字液压缸已经获得了广泛的应用。据有关专家称，我国在制造的数字液压缸在世界上处于领先水平 。目前，我国已有数字液压缸主要分为两种：一种是能够输出数字或者模拟信号的内反馈式数字液压缸；一种是使用数字信号控制运行速度和位移的开环控制数字液压缸。前者仅能够将液压缸运行的速度和位移信号传递出来，其运动控制依靠外部的液压系统实现，数字液压缸本身无法完成运动控制；而后者虽然可以通过发送脉冲完成对数字液压缸的运动控制，但由于它是一个开环控制系统，无法对系统温度、压力负载、内泄及死区等因素对速度和位移的影响进行补偿。

　　本文通过使用一个中空式光电编码器将两者的优点结合在一起，研制出一种闭环控制数字液压缸。该数字液压缸既能输出准确反映液压缸运动的数字信号，又能对系统温度、压力负载、内泄及死区等因素的影响进行补偿，进一步提高了运动精度。

　　1 闭环控制数字液压缸的结构及工作原理．

　　图1是一种闭环控制数字液压缸的结构原理图，结合该图将其工作原理说明如下。

　　1．步进电机2．花键3．万向联轴器4．阀芯5．外螺纹6．编码器7．缸外转轴8．缸外转盘9．后缸盖10．磁铁11．缸内转盘12．缸体13．滚珠丝杆14．丝杆螺母15．空心活塞杆

　　图1 数字液压缸结构原理图

　　步进电机1接到脉冲信号，其输出轴旋转一定的角度，旋转运动通过花键2、万向联轴器3、阀芯4，传递给外螺纹5，外螺纹5和沉人缸外转轴7右端的内螺纹相互配合，内螺纹位置固定，在旋转作用下外螺纹带动阀芯发生轴向移动。本数字液压缸采用负开口三位四通阀控流，控流存在一定的死区，开始的几个脉冲产生的一小段位移并不能将P口处的高压油和A 口或B口接通。死区过后，步进电机再旋转一定角度，在旋转作用下阀芯又发生一定的轴向位移。如果阀芯向左移动，P口和A口连通，B口和T口连通。P口处的高压油，通过A口流人液压缸的后腔。后腔增压，空心活塞杆15向左运动，前腔的油经过B口、T口流回油箱。空心活塞杆向左移动时，带动固定在空心活塞杆上的丝杆螺母14向左运动，滚珠丝杆13在轴向上不移动，丝杆发生与步进电机旋向相反的旋转，带动缸内转盘11旋转。后缸盖9两边的磁铁10相互吸引使得缸外转盘8和缸内转盘11同时旋转相同的角度。反向旋转运动通过这样一个磁耦合机构被准确地传递到液压缸外。缸外转轴7和缸外转盘8是一个整体，缸外转轴7和编码器6通过平键连接，沉人缸外转轴7右端的内螺纹和外螺纹5配合。缸外转轴7反向旋转，外螺纹5向右移动，阀口关闭，一个步进过程结束。滚珠丝杆旋转的角度被平键连接于缸外转轴7上的编码器6检测到，此旋转角度和空心活塞杆15的位移对应，此信号传给以单片机为核心的控制系统，控制系统根据运行位移和速度要求，对步进电机进行闭环控制。