基本介紹
- 中文名：脈衝數字流
- 外文名：pulse digital flow
- 定義：一種新的思想方法和技術手段
- 創新者：張志成老師
- 套用：控制各種流體動力元件
定義,套用,具體介紹,比較,展望,
定義
流體系統在工作時，其中的工作介質是處於連續不斷流動的狀態，是一種模擬量的形式。因此，其中的信息不能直接為計算機所利用，這正是實現流體系統數位化控制的困難所在。為了使流體傳動與控制技術能方便地與計算機技術相結合，最好的方法就是能把流體系統工作時的信息用數字形式進行表示、給定、獲取並進行處理。
如果將按照通常方式工作的流體系統看作一個信息系統的話，則其工作過程就是包括壓力和流量在內的功率流在系統中的循環。在一定工況下，這種功率流是穩恆的、連續的，我們稱之為模擬式流動。這就是通常流體系統中工作介質的狀況，很顯然，其中不含有任何數字信息。
為了改變這一狀況，使流體介質中能包含有數字信息，可以構想把模擬式的流體進行離散和量化，也就是把管道里流動著的連續流體離散為一段一段的小塊，即流體脈衝序列。每個流體脈衝所具有的流體的量都彼此相等，稱其為量化單位q(單位:毫升/每個脈衝)。為了便於對這些流體脈衝進行計數和控制,將每一個流體脈衝都附加上一個電子脈衝信號,相當於對每一個流體脈衝進行了編碼。如此以來, 就將傳統流體系統迴路中工作介質的連續模擬式流動轉變成為一種離散的、可計數的、可控的數字式流動，從而實現了對傳統工作流體本身的A/D轉換。這一新型的數字式流體就稱為脈衝數字流。
套用
脈衝數字流是一種複合型的數字式流體，其中的流體脈衝是實行驅動的功率信號，而電子脈衝是流體脈衝的編碼信號，兩者相互依存，合二而一，共生共用，缺一不可。當某一路或某幾路的流體動力元件需要進行控制，在打開電磁換向閥輸出流體脈衝的同時，與之相伴隨的電脈衝信號也被輸入到計算機中，供計算機進行計數、比較，運算等數字處理，並根據處理結果來決定是否實施對該流體動力元件的操作或控制。
如果已知脈衝數字流的量化單位為q，對應於每一個量化單位q的流體脈衝，流體執行機構移動的距離，即為對該機構的脈衝當量δ（單位：毫米/每個脈衝）,每一個電脈衝信號就代表對該機構執行一步操作。當需要對該機構進行控制時，先把對該機構調節部分要求的位移量換算為脈衝當量個數N，存於計算機中。通過計算機在執行程式時輸出的數位訊號D、即流體系統的工作狀態字，控制各路電磁換向閥的切換，就可以滿足數位化控制流體系統中被控對象的各種運動要求:如單個液壓缸的運動、多缸同步或定比運動、多缸插補運動、多缸順序運動、多缸互不干擾運動等等。
具體介紹
為了生成脈衝數字流，需要製備一個稱之為電——流體脈衝發生器的裝置，該裝置由流體脈衝發生器和電脈衝發生器兩個部分組成。它能在連續輸入模擬式工作流體時，不斷地輸出一系列的流體脈衝，並同時相伴生成一系列相對應的TTL電平的矩形電子脈衝信號。
就生成的脈衝數字流的形式來說，有單路單列形式的，有單路雙列實現同步運動的，有單路多列構成二進制代碼形式的，以及同時能生成多路的脈衝數字流發生裝置。上文中的單路是指輸出是單通道形式，也就是只有一條傳輸流體信號和數據的通路，在某一時刻，只能控制單個被控對象；而多路是指具備多個輸出流體信號和數據的通路，在某一時刻，能同時控制多個工作對象，並使這些被控對象以並行方式同步或異步地進行工作。
比較
脈衝數字流技術與流體系統中現有套用的脈衝調製方法是否一回事呢？關於此一問題現說明如下：
脈衝調製方式是通訊信號理論中的調製解調方法在流體技術中的套用和擴展，它是對流體系統中操縱液壓閥的電信號所實施的調製作用，包括脈寬調製（PWM）、脈幅調製（PAM）、脈頻調製（PFM）、脈數調製（PNM）和脈碼調製（PCM）等五種形式，其中以脈寬調製和脈碼調製兩種形式的套用居多。該種方式的工作原理是：將計算機發出的數位訊號通過調製器(調製器可以由電路或軟體實現)按要求的調製方式生成相應的電的調製脈衝信號，再籍助於高速開關閥的通、斷動作，生成間斷的脈衝流體，從而實現控制平均流量輸出的目的。此處的流體控制閥和系統中的動力執行機構起著通信系統中的解調器的作用。
現以流體脈寬調製（PWM）的方法為例就可以看出，脈寬調製信號是具有恆定頻率和幅值，只是脈寬時間tw不同的電脈衝信號。脈寬時間對採樣周期T的比為占空比，它的大小表征該採樣時刻控制信號的幅值。用此脈寬信號來控制高速開關閥的通、斷時間，則每個採樣周期里，在流體迴路中便得到數量多少不等的流體脈衝。如果整個採樣周期開關閥全部打開時通過的流量為qn，則經過脈寬調製後，每個採樣周期的平均流量如左式所示，它與控制信號的大小相對應，從而實現了對平均輸出流量的控制。這裡的平均輸出流量是模擬式的，其本身不含有數字信息，它是由流體系統迴路和動力執行機構所具有的低通濾波特性，將非線性元件——開關閥的輸出平均化，從而完成把脈寬調製信號轉換為反映控制規律的流體信號的解調功能。
展望
脈衝數字流方法是對傳統的模擬式流體進行A/D轉換，使之變成離散意義下的流體。而以離散形式表示信息及處理這些信息正是所有數字系統的基礎。脈衝數字流中包含的電脈衝信號，使流體系統本身有了自己的時鐘信號源，不但可以為系統的各種控制動作提供時間基準，而且還可以為這些動作的控制量進行計數，這對流體傳動與控制技術來說，無疑是一個革命性的變化。
總而言之,脈衝數字流方法在實現流體系統的數位化控制時，的確與流體技術領域現有的數位化方法不同。它使系統迴路中流動著的工作流體同時包含了數字信息、流量傳輸和壓力作用三方面的內容。這樣一來，在流體系統迴路中的工作介質，不但是一個功率流，同時也是一個數字信息流。
鑒於流體傳動與控制技術在工業、農業、交通運輸、國防建設等各個領域套用的廣泛性，採用這種新的方法去研究解決流體動力系統的數位化問題，不僅對流體傳動與控制技術本身，進而對科學技術的諸多領域，都將會產生具有非常意義的影響。
由脈衝數字流驅動的流體動力元件，作為步進液動裝置，給脈衝增量式的驅動方法增添了新的技術手段。如將步進液動機、步進電機統合在一起使用，將使機、電、液一體化技術，在真正完全的數字條件下得到更好地結合和發展。
