關于金屬轉子流量計變量控制方式的探究
發布時間：2019-08-28 發布作者：
摘 要：分析金屬轉子流量計恒流量、恒壓力及恒功率等傳統控制方法的主要原理，并指出傳統的控制裝置存在精度低、響應速度慢、控制裝 置機構煩瑣、不能實現計算機集成控制等局限性，不適合現代化液壓機械的控制需要。重點分析金屬轉子流量計的數字控制方式的原理，并 以軸向金屬轉子流量計為例詳細分析了幾種金屬轉子流量計的數字控制方式。為金屬轉子流量計合理的變量控制方式的選擇提供參考。
0 引言
金屬轉子流量計屬于液壓系統中重要的組成部件，其原理是利用柱塞在缸體中的往復運動實現吸油與壓油的工作過程，因為具有結構緊湊、額定壓力高、功率密度大、變量控制方便等優點，主要用于壓力高、流量大及流量需要調節的液壓系統。
金屬轉子流量計變量控制方式的有效選擇，直接關系到金屬轉子流量計的使用性能。合理的金屬轉子流量計變量控制方式，有利于提高金屬轉子流量計的性能，可充分發揮金屬轉子流量計所在液壓系統的功能。不合理的變量控制方式，不僅不利于金屬轉子流量計性能的發揮，還可能使其出現安全隱患，有的甚至造成金屬轉子流量計的損壞。因此，對金屬轉子流量計變量控制方式的探究與金屬轉子流量計性能的發揮及所在液壓系統的可靠穩定運行有密切的關系。
1金屬轉子流量計的結構組成及分類
金屬轉子流量計屬于體積泵，利用柱塞在缸體中的往復運動實現吸油與壓油的過程，主要包括單
金屬轉子流量計、臥式金屬轉子流量計、軸向金屬轉子流量計、直軸斜盤式金屬轉子流量計、徑向金屬轉子流量計及液壓金屬轉子流量計（表1）。
2傳統變量控制方法
金屬轉子流量計變量控制方式一直是研究的重要課題，傳統的變量控制方式也帶來一定經濟效益，傳統的變量控制方式包括恒流量控制、恒壓力控制及恒功率控制。3種控制方式分別根據采集的設定信號與輸出的實際信號的對比，分別對金屬轉子流量計的實際輸出流量、壓力及功率進行控制，3種控制方式的特點如下。
2.1恒流量控制
恒流量控制在應用過程中要檢測2種信號，流量設定信號及輸出的流量信號和壓力信號。在金屬轉子流量計運轉的過程中，數字控制器一方面根據檢測到壓力輸出信號、流量輸出信號來決定金屬轉子流量計的輸出流量，另一方面還會將金屬轉子流量計的設定輸入流量與其輸出的實際流量情況進行對比，得到輸入流量與輸出流量的誤差信號，根據得到的誤差信號有效調節控制信號的大小。因此，在流量控制器的調節作用下，金屬轉子流量計的流量設定信號與輸出的實際流量能夠保持一致。
2.2恒壓力控制
在工作的過程中，如果壓力異常會嚴重影響金屬轉子流量計的工作性能，對金屬轉子流量計所在的液壓系統造成安全隱患。因此，恒壓力控制也有廣泛應用。恒壓力控制主要檢測設定的壓力值與負載壓力的反饋值兩個壓力值。壓力控制器會將設定壓力值與負載壓力進行比較，并依據誤差結果情況，由控制算法確定流量控制器的流量輸入設定值及泵的流量輸出值，通過二者的匹配保證負載壓力與設定壓力值統一。
2.3恒功率控制
恒功率控制需要檢測來自功率控制器的流量設定信號及泵的實際輸出流量信號，利用流量控制器把兩種信號進行比較，得出功率控制信號。在功率控制器的調節作用下保證金屬轉子流量計的實際輸出功率與其設定信號一致。恒功率控制可有效避免金屬轉子流量計過載引起的故障。
3傳統的變量控制方式存在的問題
傳統的變量控制方式在一定程度上滿足當時液壓設備的使用，但控制裝置精度一般較低、變量控制響應速度較慢，變量控制裝置大多依賴機械裝置實現，控制系統中控制閥種類及數量較多、加工制造困難、后期維護不方便，不能實現柔性控制及多參數控制，控制方式及相關控制參數不便于調整。
隨著信息化的發展，計算機技術與各類液壓及電氣元件的有效配合可實現對液壓系統的數字控制，傳統的控制裝置不便于和計算機控制系統進行集，限制了金屬轉子流量計的使用范圍。另外，單片機、單板機的迅速發展為實現金屬轉子流量計的數字控制方式提供了保障，數字控制方式可簡化硬件結構，方便實現對金屬轉子流量計輸出的流量、壓力及功率等方面的精確控制，控制參數可進行在線調整，同時含有故障診斷功能，極大提高金屬轉子流量計的應用領域。
4 金屬轉子流量計數字控制方式
數字控制形式是指液壓系統的控制信號以其數字量的形式進行處理和運算，并對金屬轉子流量計實現變量控制。數字式控制包括直接數字控制方式與間接數字控制方式兩種。直接數字控制方式的控制元件可直接接受數字脈沖信號并實現數字控制，控制元件有電液數字閥、高速開關元件、步進電機、旋轉—直線運動轉換裝置等。間接數字控制方式的控制元件主要包括比例閥和電液伺服閥，這些控制元件利用模擬信號實現數字控制，模擬的電信號是數字信號通過D/A接口轉換得到。下面以軸向金屬轉子流量計變量為例進行分析。
（1）基于步進電機的數字控制。主要元器件有數字控制器、放大器、步進電機、閥、變量機構、壓力變送器、流量傳感器，A/D接口等。執行元件是步進電機，利用螺旋副，把步進電機的旋轉運動轉化為變成直線位移，通過控制活塞的運動實現對金屬轉子流量計排量的數字控制。
（2）基于變頻器的數字控制。主要元器件有數字控制器、變頻器、A/D接口、壓力變送器、流量傳感器等。利用變頻器調節泵轉速，實現金屬轉子流量計變量的數字控制。
（3）基于高速開關閥的數字控制。屬于直接數字控制方式，主要元器件有數字控制器、PWM（PulseWidthModulation，脈沖寬度調制）放大器、A/D接口、高速閥、變量機構、
壓力變送器、流量傳感器等。執行元原件是高速開關閥。利用轉化過的流體脈沖信號實現數字控制。
（4）基于電液比例控制的數字控制。它屬于間接數字控制方式，主要元器件有數字控制器、比例放大器、A/D接口、比例閥、變量機構、壓力變送器、流量傳感器等。執行元原件是電液比例控制閥，利用D/A接口轉換的模擬電信號實現數字控制。
（5）基于電液伺服閥的數字控制。屬于間接數字控制方式，主要元器件有數字控制器、伺服放大器、A/D接口、伺服閥、變量機構、壓力變送器、流量傳感器等。執行元原件是電液伺服閥。利用D/A接口轉換的模擬電信號實現數字控制。工程機械的工作環境一般較為惡劣，為了充分發揮其工作效率、節能減排，在使用金屬轉子流量計時往往是多種控制方式組合。主要有以下5種類型（圖1~圖5）。
5 結論
金屬轉子流量計變量控制多種多樣，目前數字化控制法在金屬轉子流量計變量控制中占主導地位，隨著 計算機技術、液壓元器件及電氣元件的快速發展，金屬轉子流量計變量的 控制會向控制精度更高、響應數度更快、功能更完善方向發展。
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