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数字技术在液压系统中的应用 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90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。 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，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。 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。 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。 数字式液压马达是增量式数字控制电液伺服元件，由步进电动机和液压扭矩放大器组成，其输出扭矩可达几十至上百?N·m，是普通步进电动机的几百至一千倍。其中，液压扭矩放大器是一个直接反馈式液压伺服机构，由四边滑阀、液压马达和反馈机构组成。其工作原理是当步进电动机在输入脉冲的作用下转过一定的角度时，经齿轮带动滑阀的阀芯旋转，由于液压马达此时尚未转动，因此使滑阀的阀芯产生一定的轴向位移，阀口打开，压力油进入马达使马达转动，同时反馈螺母的转动使滑阀的阀芯退到零位，马达停止运动、如果连续输入脉冲，电液步进马达即按一定的速度旋转，改变输入脉冲的频率即可改变马达的转速。 还有一种新型的液压控制元件——数字化的电液集成块，以此作为基本元件构成的电液集成控制系统在电控功率上与微机输出易于匹配，且成本低。因此，使得液压控制系统广泛采用微机控制成为可能。其数字控制系统兼有电气系统对信号检测、处理快捷方便，计算机控制方式灵活，液压控制功率大、结构紧凑、响应快等多重优点。 液压系统的数字仿真与（CAD） ????液压系统的计算机辅助设计是随电子数字计算机的高速发展而发展起来的一门新兴技术，简称CAD技术。CAD技术包括建模、仿真、优化、设计和绘图等。它是利用计算机来辅助设计人员设计较为复杂的控制系统的一种新方法，?它不仅可使控制系统的设计周期大为缩短，并且可以利用计算机仿真技术，更为方便地进行各种方案的分析比较，从而获得最优的设计方案，提高设计水平。液压系统的数字仿真和设计应用在以下几个方面。 从数学模型出发，对已有的液压系统进行仿真研究，通过不断修改数学模型和改变仿真参数，使仿真更接近于实物实验结果。从而可以比较仿真结果与实验结果的差别，来验证理论的准确