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閥控液壓系統(tǒng)依靠控制閥的開口來控制執(zhí)行液壓元件的速度。液壓閥從早期的手動閥到電磁換向閥，再到比例閥和伺服閥。電液比例控制技術(shù)的發(fā)展與普及，使工程系統(tǒng)的控制技術(shù)進入了現(xiàn)代控制工程的行列，構(gòu)成電液比例技術(shù)的液壓元件，也在此基礎(chǔ)上有了進一步發(fā)展。傳統(tǒng)液壓閥容易受到負載或者油源壓力波動的影響。針對此問題，負載敏感技術(shù)利用壓力補償器保持閥口壓差近似不變，系統(tǒng)壓力總是和最高負載壓力相適應(yīng)，最大限度地降低能耗。多路閥的負載敏感系統(tǒng)在執(zhí)行機構(gòu)需求流量超過泵的最大流量時不能實現(xiàn)多缸同時操作，抗流量飽和技術(shù)通過各聯(lián)壓力補償器的壓差同時變化實現(xiàn)各聯(lián)負載工作速度保持原設(shè)定比例不變。
數(shù)字閥的出現(xiàn)，其與傳感器、微處理器的緊密結(jié)合大大增加了系統(tǒng)的自由度，使閥控系統(tǒng)能夠更靈活的結(jié)合多種控制方式。
數(shù)字閥的控制、反饋信號均為電信號，因此無需額外梭閥組或者壓力補償器等液壓元件，系統(tǒng)的壓力流量參數(shù)實時反饋控制器，應(yīng)用電液流量匹配控制技術(shù)，根據(jù)閥的信號控制泵的排量。電液流量匹配控制系統(tǒng)由流量需求命令元件，流量消耗元件執(zhí)行機構(gòu)，流量分配元件數(shù)字閥，流量產(chǎn)生元件電控變量泵和流量計算元件控制器等組成。電液流量匹配控制技術(shù)采用泵閥同步并行控制的方式，可以基本消除傳統(tǒng)負載敏感系統(tǒng)控制中泵滯后閥的現(xiàn)象。電液流量匹配控制系統(tǒng)致力于結(jié)合傳統(tǒng)機液負載敏感系統(tǒng)、電液負載敏感系統(tǒng)和正流量控制系統(tǒng)各自的優(yōu)點，充分發(fā)揮電液控制系統(tǒng)的柔性和靈活性，提高系統(tǒng)的阻尼特性、節(jié)能性和響應(yīng)操控性。
相對于傳統(tǒng)液壓閥閥芯進出口聯(lián)動調(diào)節(jié)、出油口靠平衡閥或單向節(jié)流閥形成背壓而帶來的靈活性差、能耗高的缺點，目前國內(nèi)外研究的高速開關(guān)式數(shù)字閥基本都使用負載口獨立控制技術(shù)，從而實現(xiàn)進出油口的壓力、流量分別調(diào)節(jié)。瑞典林雪平(Linkping)大學的Jan Ove Palmberg教授根據(jù)Backé教授的插裝閥控制理論首先提出負載口獨立控制(Separate controls of meter-in and meter-out orifices)概念。在液壓執(zhí)行機構(gòu)的每一側(cè)用一個三位三通電液比例滑閥控制執(zhí)行器的速度或者壓力。通過對兩腔壓力的解耦，實現(xiàn)控制目標速度控制。此外，在負載口獨立方向閥控制器設(shè)計上，采用LQG最優(yōu)控制方法。在其應(yīng)用于起重機液壓系統(tǒng)的試驗中獲得了良好的壓力和速度控制性能。丹麥的奧爾堡(Aalborg)大學研究了獨立控制策略以及閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)對負載口獨立控制性能的影響。
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負載口獨立控制系統(tǒng)，如圖13所示，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：負載口獨立系統(tǒng)進出口閥芯可以分別控制，因此可以通過增大出口閥閥口開度，降低背腔壓力，以減小節(jié)流損失;由于控制的自由度增加，可根據(jù)負載工況實時修改控制策略，所有工作點均可達到最佳控制性能與節(jié)能效果;使用負載口獨立控制液壓閥可以方便替代多種閥的功能，使得液壓系統(tǒng)中使用的閥種類減少。
電液比例控制技術(shù)、電液負載敏感技術(shù)、電液流量匹配控制技術(shù)與負載口獨立控制技術(shù)的研究和應(yīng)用進一步提高了液壓閥的控制精度和節(jié)能性。數(shù)字液壓閥的發(fā)展必然會與這些閥控技術(shù)相結(jié)合以提高控制的精確性和靈活性。
圖13 負載口獨立系統(tǒng)原理圖Fig.13 Schematic diagram of independent metering system
3 可編程閥控單元
以高速開關(guān)閥為代表的數(shù)字流量控制技術(shù)采用數(shù)字信號控制閥或者閥組，使得閥控系統(tǒng)輸出與控制信號相應(yīng)的離散流量。高速開關(guān)閥只有全開和全關(guān)兩種狀態(tài)，節(jié)流損失大大減小;增加了控制的靈活性和功能性;閥口開度固定，對油液污染的敏感度降低。然而，正因為這些特性，這種數(shù)字閥要大規(guī)模的應(yīng)用于工業(yè)，還有許多問題需要解決：首先，高速開關(guān)閥在開啟和關(guān)閉的瞬間，對系統(tǒng)造成的壓力尖峰和流量脈動，執(zhí)行器的運動出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象。其次，高速開關(guān)閥的響應(yīng)必須進一步提高，穩(wěn)定長時間的切換壽命也是必須的。第三，在數(shù)字閥島的應(yīng)用中，所選擇的高速開關(guān)閥的啟閉需要同步。在數(shù)字流量控制技術(shù)發(fā)展成熟之前，國外一些廠家綜合了數(shù)字信號控制的靈活性以及比例閥在高壓大流量工業(yè)場合的成熟應(yīng)用，開發(fā)出閥內(nèi)自帶壓力流量檢測方式，結(jié)合電液流量匹配控制技術(shù)與負載口獨立控制技術(shù)，閥的功能依靠計算機編程實現(xiàn)的可編程閥控單元(Programmable valve control unit)。
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