数字液压缸的问题

Qiu

数字液压缸问题20150308

大家好，我是邱法维，做过一点数字液压缸方面的开发工作，看到网络上有这么多人对数字液压缸感兴趣，也想说说我对目前数字液压缸方面的认识，这是我第一次在网络上发言，希望能跟大家交流（我的电话是13601364232，邮箱tuts5011@sohu.com），因为数字液压缸种类很多，我所说内容仅仅是我做过的数字液压缸的内容，如果有说错的地方还请大家原谅。

1 数字液压缸是闭环反馈的，该闭环反馈采用的是机械传动方式，（而电液伺服缸采用的是传感器的电压或电流信号反馈）。这种机械式的闭环反馈是在数字液压缸中安装了滚柱丝杠，并与数字阀的阀芯连接，当步进电机（或伺服电机）驱动阀芯产生轴向位移时，阀芯打开，油缸的活塞运动，同时带动丝杠运动将阀芯推回零位，油缸活塞到达指令位置。关于滚柱丝杠如何将阀芯推回零位，目前有多种机构形式都可以实现，各有优缺点，不在这里详述。

2 数字液压缸的控制精度主要取决于机械反馈传动环节，具体说来就是滚柱丝杠的精度、阀芯与电机连接机构的精度，是机械精度决定了数字液压缸的控制精度（与此相比电机可以认为是精确的），目前我们一般采用的是0.008mm/300mm精度的滚珠丝杠，再考虑到其他机械环节，测试结果是数字液压缸可以达到0.015mm左右的控制精度。

3 纯脉冲控制只能实现液压缸的位移控制模式。这也是我们不采用步进电机而采用伺服电机的原因（但是步进电机价格便宜是其优势），另外控制的命令也不是脉冲控制。电液伺服液压缸一般都有位移控制模式和力控制模式，有的还有加速度控制模式。脉冲对应的是电机的角度，该角度直接对应着阀芯的位移和滚珠丝杠的位移。更为关键的是脉冲的频率都是定值比如发100个脉冲对应位移1mm，持时是1秒，位移控制模式这没有问题。当你控制力的时候就不行了，例如100个脉冲（1秒）对于压缩一个软弹簧可能达到10公斤的力，而压缩一个硬弹簧能达到100公斤，如果现在想用频率1赫兹幅值100公斤的正弦波对这两种弹簧加载，硬弹簧100个脉冲1秒就达到幅值了，软弹簧要1000个脉冲10秒才能达到幅值，所以说纯脉冲控制不能做力闭环控制，即使把脉冲的时间间隔调小也不行，因为我们事先根本不知道试件的刚度！目前一些电拉试验机就存在这样的问题，这实际是位移控制模式下的力判断。静态试验问题不大，动态试验就不行了。当然许多数字液压缸应用场合仅仅是定位用，所以脉冲控制方式就够了，也就不涉及力控制的问题了。

4 高频数字液压缸问题，我们采用小惯量高转速伺服电机（8000转/分）进行过测试，大概能达到接近100赫兹，事实上此时要求电控硬件的处理能力至少达到3000赫兹，否则就无法比较完整再现波形。上世纪80年代德国申克公司就有1吨出力800赫兹的电液伺服缸，目前MTS公司也有1000赫兹的电液伺服缸，感兴趣可以去查查他们的资料，有比较简单的介绍。国内有2D数字阀也可以做到1000赫兹，基本原理和试验内容都可以查到。

5 最后说说数字液压缸夹持鸡蛋的问题，这实际是考验位移控制精度和同步问题，常规的做法是两个数字缸水平放置，两个活塞杆端部一定是平面，通过微调将鸡蛋夹持在两个平面之间，然后给两个数字缸发指令（一般是正弦波，相位差180度），前面说过数字液压缸控制精度0.015mm左右，我们测试的两缸不同步误差在0.03mm左右，当不同步误差超过0.05mm时，鸡蛋就会破裂了。

6 数字液压缸的困难，我们面临的困难是标准化和传动机构的加工工艺，标准化是希望能与现在的伺服液压缸对应，包括尺寸和油路等；传动机构的加工工艺非常关键，主要是保证加工精度，这是目前还没有完整解决的问题，这恰恰是影响数字液压缸精度的主要因素。

数字液压

邱教授好呀！我是亿美博杨涛，上次清华一别到现在好多年没见了，现在还好吧？

看到您现在也在研究数字液压，十分高兴。这项技术就像我父亲说的那样，只要用过就会爱上，看来您也是有同感呀。一项好的技术需要大家共同推广才能让国家民族受益，我们非常希望看到更多的朋友一起推动数字液压技术的应用和发展。

邱教授如果有时间，咱们找个地方我叫上家父一起聚聚呀。

dennispan

楼主列出的几点内容都是干货啊，支持

jskrzl

大家需要的就是清晰的理论，精确的实验数据和根据特性结合的市场范围。赞一个！

贝贝

和邱教授通过话了，邱教授也在步进脉冲缸上持续做了很多工作，将该技术的特点和特性给我做了详细解释，获益匪浅！

数字液压

贝贝 发表于 2015-3-9 22:23
和邱教授通过话了，邱教授也在步进脉冲缸上持续做了很多工作，将该技术的特点和特性给我做了详细解释，获益 ...

真心希望更多的朋友一起推动数字液压技术的发展！国家好了才有企业好，企业好了我们大家自然也能好。赞贝贝老师对技术执着的探求精神！

yangshixiang

研究了40年數字液压酸甜苦辣什么滋味都感受到了，企业用后一般很少写文章，写得最多的是东电，学校用后一般都要写文章，第一个学校用戶是海工大邢教授13年前用于六自由度平台，写了不少文章，第二个就是清华邱教授了也写了不少文章，第三个是天大肖教授了，第四个是航天大学祁教授也写了文章，对数字液压缸都进行了深入研宄和肯定，感谢这些教授们深入细致的工作。这四大名校对数字缸的深爱也增強了我们的信心，我们一定在大家的支持下将中国的數字液压产业推向新的高度。

贝贝

对技术的追求，不只是原理，更重要的在于原理的验证，性能的测试及工程的推广。我们需要学习国外对技术的严谨追求，理论与实践的良好结合。感谢邱教授对这方面的贡献，也是我等技术人员学习的楷模！

游勇

这边说要大家把数字缸推广，那边说不能公布细节，只希望我們免費替他們推销，从而把原本给老外的钱给他們。在某程度上留在他們口袋里的钱也等于留在国家里。
老外买东西，原理及说明书等一大堆，有本事便仿制，但数字缸.....。

Qiu

最近这里的讨论又比较热烈了，特别有提到了六自由度的事情，可能主要是指Stewart平台，我们做过几个这样的平台，发几个照片供大家参考，谢谢。