數字液壓缸

被稱之為數字液壓缸，其最大區別於伺服液壓系統之處在於，數字液壓缸的運動特性完全被數字化，即：電脈衝的頻率與油缸的運動速度對應，電脈衝的數量與油缸的行程對應，而這種對應關係是通過數字油缸內部的設計、製造過程確定好的，無需任何外部的諸如：感測器、調節器、調節參數等來保障。數字液壓缸對於使用者而言，是一個開環控制器件。有人形象的表述對數字液壓缸的使用感受就是：“會數數就會使用數字液壓缸”。

數字液壓實現微米級精密控制的核心是機液閉環的伺服控制技術，其與電液伺服閥控最大的不同在於，它利用巧妙的機械結構實現了液壓作動器的精密反饋控制，使液壓傳動控制大為簡化，讓使用者不必再關心什麼是PID、什麼是頻響、什麼是閥口增益等等複雜的器件特性，將關注點集中在目標需求上。數字液壓不僅大幅降低了技術門檻，對電離電磁、油液污染、衝擊振動、溫度範圍等的耐受也大幅改善，努力做到讓人人會用、用好。

數字液壓缸是一種集成了機械反饋的直線液壓放大器。在這個緊湊組件里，利用穩定可靠且環境耐受能力更強的機械仿形（滾珠）絲杠，替代了電位移感測器和反饋調節功能。電控步進電機或伺服電機○1帶動閥芯○2在螺母套○3中旋轉，使閥芯產生軸向移動，將閥口打開。根據電機的旋轉方向，P口壓力油將進入液壓缸前或后腔，活塞桿○5伸出或縮回。這時，與活塞桿固定在一起的仿形螺母○4被一起帶動，與其嚙合的仿形螺桿○6被轉動，導致連接在其左側的螺母套○3旋轉並推動閥芯○2返回移動，直至將開啟的閥口關閉，完成液壓缸直線移動對電機轉角的仿形，過程中實現了力矩放大。這是一種帶機械反饋的伺服系統（隨動系統）。根據設計，仿形螺桿可用不同的導程，導程越大，可獲得在一定精度範圍內液壓缸有較快的運動速度。當仿形螺桿採用小導程時，液壓缸其運動速度將會降低，但此時的位置精度將會很高。

數字液壓缸可被看作是電機的特性隨動和功率放大裝置。

目前行業中稱之為：“數字液壓”的技術形式有不少，簡單歸納為以下幾種：

1、控制方式數字化：

主要指利用高速開關閥通過開關占空比不同（PWM，Pulse Width Modulation），實現在單位時間內的流量調節。但由於運動慣量會嚴重影響特性，只能實現很小流量的調節，限制了技術的發展空間；

2、流道通徑數字化：

通過1、2、4、8......可多達128個閥成平方倍（PCM，Pulse Code Modulation）通徑關係的開關閥組合，希望實現流量的數字化調節。這種技術在學術研究領域較多，不僅沒有使其擺脫原本液壓固有的難題，反而其龐大的體積和重量、複雜的結構等，使其沒有了實用價值；

無論以上兩種或是其它類似方式的數字化，其根本目的都是希望用最簡單可靠的方式實現液壓執行器件的方向、速度、位移的精確控制，簡化液壓使用難度。而僅完成了控制的數字化，或流道通徑的數字化，由於負載、系統壓力、油液流動性等諸多因素的不確定，依然無法保證最終液壓執行器件的速度穩定，更無法控制其位移量，依然需要藉助其它檢測、控制手段來實現液壓執行器件的控制調節，本質上與複雜的伺服閥控系統無差別。

3、特性數字化：

無論何種方式的數字化，其根本目的都是希望用最簡單可靠的方式實現液壓執行器件的方向、速度、位移的精確控制，簡化液壓使用難度。這裡所定義的數字液壓是液壓執行器件（缸、馬達）運動特性的數字化，即：電脈衝的頻率對應液壓執行器的速度、電脈衝的數量對應執行器的位移。負載、系統壓力、流體特性、甚至是外泄內泄等的變化，均不影響液壓執行器的需求特性，這樣的技術被定義為數字液壓技術。

1、數字技術的優越性能

1.1、適合多參數多系統協同工作。數字液壓相比現有的各種液壓或者機械傳動控制系統，其突出的優勢在於多系統協同和任意控制參數的隨意變化，避免了現有技術需要進行複雜參數調整的致命缺陷。

1.2、高解析度運動控制精度。可實現大型機械裝備微米級的運動控制，且響應迅速。 1.3、無損失遠程控制執行。可通過網路等遠程進行系統的操控而不用擔心指令信息的損失、滯后或者干擾。

1.4、運動特性完全數字化。速度、行程與電脈衝有直接的對應關係，只要控制好電脈衝，這個自動化系統就簡單實現控制要求

2、優秀的生存力

2.1、高電磁兼容性

2.1.1、高抗干擾。由於傳輸採用數字脈衝功率信號（即作為控制，又作為驅動），因此在最嚴酷的電磁輻射狀態下，系統依然可以良好的工作。該性能大大優於現有的液壓和電氣控制系統。

2.1.2、低電磁輻射。由於數字液壓油缸控制指令環節沒有複雜的電子器件，因此對外產生的電磁泄露很少。

2.2徠、抗大加速度衝擊振動。由於數字液壓器件不採用線性電磁鐵作為控制核心，因此抗衝擊和震動能力大大提高。

2.3、高抗污染。對液壓油的過濾精度沒有嚴格要求，甚至液壓油受到污染，同樣不會造成系統的精度降低，更不會造成嚴重的誤動作甚至是事故。

2.4、寬範圍的工作介質。無論採用礦物油還是水基乳化液等，設置在極端環境下，無論是水或者是壓力氣體都可以讓系統暫時工作（性能稍有降低），這是其他任何控制系統無法實現的。

2.5、容易實現防爆。由於數字液壓控制部件均有防暴型，因此實現防爆十分簡單。

2.6、快速實現自動和手動的轉換控制。極端條件使電氣控制系統實效情況下，數字液壓可以隨時通過簡單和輕便的方式實現人工控制，即便是超大載荷，依然可以單手指操控，避免裝備失控。

3、簡單的設計、使用及維護性。由於數字液壓一個元器件替代了傳統意義上的整個控制系統功能，因此無論從設計、使用還是長期維護等難度大大降低，幾乎沒有過多要求，特別適合非專業人士使用。

1、可以實現單缸多段調速、多點定位、兩缸或兩缸以上進行差補運動，完成曲線軌跡運動。

2、動力大，用步進電機作為信號輸出，使液壓缸活塞桿完全按照步進電機的運動而運動，即不失步，又有幾百、幾千噸的推力。因此利用小功率的控制系統，就可使大型機械數控化，節省了方向閥、調速閥、分流閥等液壓件。降低了成本。簡化了系統，縮小了體積，降低事故率。

3、控制系統簡單。一台微機或可編程邏輯控制器（PLC）就可以完成單或多缸的多點、多速控制，也可完成多缸的同步、插補運動。操作簡單、實用性好。

4、液壓系統高度簡化，只需油泵、溢流閥（或數字壓力閥）組成的液壓源就可接管使用，無需任何方向閥、流量閥、調速閥、單向閥、同步閥等繁雜液壓元件。也省略了這些閥件的安裝集成塊，也無需行程開關、繼電器等電氣元件。降低了使用成本和維修成本。

5、具備匯流排控制和連續控制功能。可以實現在計算機匯流排控制系統中，使液壓機械與其他加工設備組成柔性加工單元。

“數字技術的優點和缺點”

數字液壓的最大優點：

1.簡單。

2.故障少。

3.價錢便宜。

4.不需液壓和控制專業知識也能搞出高水平的液壓控制系統。

5.大大減少了系統設計工作。

6.大大減少了現場調試。

7.基本上沒有了控制難題。

8.縮小了從業人員技術水平差距（專家和新從業人員間減小了差距）。

9.產品統一化，簡化設計製造工作量。

10.可以促成許多行業的技術進步。

數字液壓的最大缺點：

1.沒有了權威和專家。

2.許多液壓元件工廠可能沒活干（最為可怕）。

3.液壓從業人員將有減少。