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微处理器在液压系统中的应用

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  摘要:本文介绍了液压泵和液压马达以及在液压系统中微处理器的使用情况,并且结合实际的应用进行分析,详细的论述了其特点,对微处理器在液压系统中的推广具有指导意义。
  关键词:微处理器 液压泵 液压马达 伺服系统
  
  随着机电一体化技术的发展和计算机应用的不断普及,具有高精度、易控制优点的数控液压系统的应用也日益发展,数控化液压元件越来越引起液压界的重视,它有着连接方便、可靠性高、结构紧凑、控制灵活等特点。在液压技术领域中采用数字控制技术是今后发展的重要趋势之一。
  未来的液压系统将会越来越复杂,同时其变化范围也要比现在大得多,并且在可靠性和多用性方面提出了更高的要求。微处理器凭借自身的优势,与液压系统紧密的结合起来,能极大的满足用户的这些需求,因而,在近几十年来得到了快速的发展。
  1、液压泵和液压马达――微处理器
  在液压伺服系统中,许多应用中都要选择马达排量,来保证在给定的负载压力作用下能提供规定的力矩。以要求的最大速度驱动一台排量马达所需的流量和功率,由系统压力和马达排量决定,与驱动轴向活塞和变量――位移液压元件在工业中是一类常用型动力转换器,它们可作为泵或马达使用。在有些情况下具有两者的功能。当它们作泵用时,可提供流量。当它们作为马达用时.提供扭转力矩。由于该组件像现代飞行器液压系统一样复杂,它们总是在很狭窄的工作条件范围内使用。我们预期今后的系统会更复杂,但是使用的工作条件范围会更宽:在使用中,这些条件会迅速改变,为了适应日以增长的更高的比功率,更少的功率损耗,以及通用性、可靠性高的飞行器液压系统的需要,我们可提供一种闭路数字式微处理系统。它用于控制轴向活塞变量――位移液压泵和马达。这种微处理机控制系统主要的优点之一就是通用性。由软件决定这些控制功能,所以它们可实时满足任何设置条件的要求这些条件包括泵和马达功率。同样,在工作期间可能会做出一些方式的改变和操作的限制。这些是为了适应来自该泵和马达服务系统的其它部件的需要.或故障条件的需要。如传感器故障或部分功率的损失。
  由泵和马达共用的微处理机控制系统的另一种优点就是该系统可进行自监测和诊断。另外可与其它组件连接该微处理机可以编程,以便对操作和测试过程中收集的数据处理和进行分析。这可进一步保证操作的安全性和可靠性,探测将要发生的故障.编制出维修数据,诊断出系统的非正常情况,并对软件进行修正,以保证最佳的性能。
  2、微处理机――可控流量源
  微处理机――可控泵易于调节,适应于变压液压系统,或在操作过程条件和配置变化的系统。例如,用于启动飞机控制而上的变压系统,系统压力可按作用控制面上的与铰链力矩成正比的变化。这种技术能够提供最佳的热损耗的平衡和操作灵敏性,以及可允许有效的重量减轻,因而启动器和液压管道可设计成适合最大操作的压力。
  我们已得到证实微处理机可控泵的工作能力可在2000~8000psi之间的任何输出压力上。这种泵在超额定负载条件下能提供50gpm或消耗到lOgpm。这种泵能在恒定的压力、功率及流量下工作,并能实时地从一种形式切换到另一种形式。这种功能允许系统的设计者们可根据系统其余部分的需求绘出流量压力特性曲线.这种流量压力曲线包括滞后,以及代表泵状态转换的功率。所得到的这种曲线图,管路中全断开负载的阔慢慢地调节到完全闭合状态,然后再返回到全断开状态。当负载变化时,控制形式也跟着变化。压力――功率流量指令信号可分别设定在8000psi,58hp及25gpm。电子控制器可按其中一种指令信号编程,则控制器仍工作在位于两点之间的某一点上。
  在这些情况下,处在任何时间的有效工作形式导致这样一种结果,即产生最小容积和位移和消耗最小的能量;同时,满足这些要求控制形式能随负载状态变化而变化。人们可通过在泵的物理范围外用软件,控制参数可根椐瞬态系统的工作条件来编制,使其响应满足命令变化和负载变化的要求。
  3、马达伺服系统
  在航天伺服阀系统中,热耗损问题和过去相比,成为更大的争论焦点。在定量位移液压马达驱动伺服系统中,伺服与马达采用上行连接方式,由压力补偿泵调节提供的流量,以便改变马达输出力矩,由于该泵在恒定的压力下工作,所以流量和功率消耗与马达速度成正比。任何功率消耗,但是非负载不需要的消耗称功率耗损,这和伺服阀中的热耗损一样。
  在许多应用中,人们选择马达位移量是采用给负载施加压力办法来提供特殊的力矩,在要求的最大速度下,驱动定量――位移马达所需要的流量和功率,由系统压力和马达位移量来确定,而不通过驱动负载所需要的功率来确定。为驱动马达处在最大速度状态,由泵提供流量和功率常常要比施加到最高速度负载上的功率大得多。在消耗功率与施加到负载上功率之间的差别仅是无用功。
  人们采用给负载施加压力办法来选择变量――位移液压马达的最大位移量来给特殊力矩。然而,由于流量消耗与传递负载上的功率成正比,所以当提供最大功率到负载上时,就产生最大的泵流量。人们可以通过使用一个更小的泵和一个更小的热损耗系统来节省流量和功率。有一种典型伺服阀控制的飞机操纵杆,它的伺服阀门很小,并能调节通向操纵杆作动器的流量,而不是马达自身的调节。在工作期间,马达供给压力与返回压力保持恒定,输出力矩是由改变该马达容积位移量来改变的。与使用一个变量――位移液压马达有关联的问题之一就是它的输出力矩――位移特性曲线呈现出在轴向低速下的大滞后性。另外,当把马达锁在适当轴向位置上的时候,它则以低速平滑运转或采用位置――控制方式稳定工作,这视不存在滞后情况而定。使用了微处理机控制,在低速下的平稳运转可在位置――控制方式下实现。不需要考虑静态负载,力矩式磨擦。当使用该泵时,瞬态响应可调制到最佳状况。
  
  参考文献:
  [1]路甬祥.液压气动技术手册.机械工业出版社,2002.1:595-600
  [2]王顺晃,舒迪前.智能控制系统及其应用.机械工业出版社,2008: 1-13

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