增量式數字閥控制原理

增量式數字閥控制系統工作原理框圖如圖1所示。微型計算機（下簡稱微機）發出脈沖序列經驅動器放大后使步進電動機工作。步進電動機是一個數字元件．根據增量控制方式工作。增量控制方式是由脈沖數字調制法演變而成的一種數字控制方法，是在脈沖數字信號的基礎上，使每個采樣周期的步數在前一采樣周期的步數上增加或減少一些步數，從而達到需要的幅值。步進電動機轉角與輸入的脈沖數成比例，步進電動機每得到一個脈沖信號，步進電動機的轉子便沿給定方向轉動一固定的步距角，再通過機械轉換器（絲桿螺母副或凸輪機構）使轉角轉換為軸向位移，使閥口獲得一相應開度，從而獲得與輸入脈沖數成比例的壓力和流量。有時，閥中還設置用以提高閥重復精度的零位傳感器和用以顯示被控量的顯示裝置。增量式數字閥的輸入和輸出信號波形圖如圖2所示。由圖2可見，閥的輸出量與輸入脈沖數成正比，輸出響應速度與輸入脈沖頻率成正比。對應于步進電動機的步距角，閥的輸出量有一定的分辨率，它直接決定了閥的最高控制精度。

步進電動機是電液數字閥的重要組成部分，它是一種數字式的回轉運動電氣機械轉換器，利用電磁作用原理工作，它將電脈沖信號轉換成相應的角位移。步進電動機由專用的驅動電源（控制器）供給電脈沖，每輸入一個脈沖，電動機輸出軸就轉動一個步距角（常見的步距角有0.75"、0.9"、1.5"、1.8"、3"等），實現步進式運動。

下表是某公司生產的增量式數字閥規格系列。

某公司生產的增量式數字閥規格系列

按工作原理不同，步進電動機有反應式（轉子為軟磁材料）、永磁式（轉子材料為永久磁鐵）和混合式（轉子中既有永久磁鐵又有軟磁體）等。其中反應式步進電動機結構簡單，應用普遍；永磁式步進電動機步距角大，不適宜控制；混合式步進電動機自定位能力強，步距角較小。混合式步進電動機用作電液數字流量閥和電液數字壓力閥的電氣機械轉換器，控制性能和效果良好。

增量式數字閥具有以下優點：①步進電動機本身就是一個數字式元件，這便于與計算機接口連接，簡化了閥的結構，降低了成本，并且步進電動機沒有累積誤差，重復性好，當采用細分式驅動電路后，理論上可以達到任何等級的定位精度，如一些公司及研究院所研制的步進數字閥定位精度均達到0.1%；②步進電動機幾乎沒有滯環誤差，因此整個閥的滯環誤差很小，一些公司及研究院所研制的數字閥滯環誤差均在0.5%以內；③步進電動機的控制信號為脈沖邏輯信號，因此整個閥的可靠性和抗干擾能力都比相應的比例閥和伺服閥好；④增量式數字閥對閥體沒有特別的要求，可以沿用現有比例閥或常規閥的閥體，由于增量式數字閥具有許多突出的優點，因此這類閥獲得廣泛的應用。

應根據實際使用要求的負載力矩、運行頻率、控制精度等，依據制造商的產品型錄（或樣本）及使用指南提供的運行參數和矩頻特性曲線，選擇合適步進電動機型號及其配套的驅動電源。步進電動機在使用中應注意合理確定運行頻率，否則將導致帶載能力降低而產生丟步甚至停轉現象，使步進電動機工作失常。