‘?dāng)?shù)字液壓’之我思

來(lái)源：蕪湖贏諾液壓科技有限公司發(fā)布時(shí)間：2021-10-19 14:39:00 點(diǎn)擊：

記得，在 1979 年讀碩士時(shí)，學(xué)校里已有模擬計(jì)算機(jī)，又添置了數(shù)字計(jì)算機(jī)，都是好幾個(gè)大衣柜那么大。當(dāng)時(shí)還曾有過(guò)模擬機(jī)、數(shù)字機(jī)孰優(yōu)孰劣之辯。沒(méi)幾年，模擬機(jī)就乏人問(wèn)津了。從數(shù)字計(jì)算機(jī)開(kāi)始，過(guò)去五十年來(lái)，數(shù)字技術(shù)一直在勝利進(jìn)軍。音樂(lè)：在采用數(shù)字技術(shù)的光盤出現(xiàn)后沒(méi)幾年，采用模擬技術(shù)的唱片、磁帶就都被擠到角落里去了。光盤上的 DDD 表示錄音、處理、保存過(guò)程全都采用數(shù)字技術(shù)。過(guò)去的電視圖像常會(huì)有?雪花飄飄?，那是模擬技術(shù)的電視信號(hào)受到干擾了。采用數(shù)字技術(shù)后，圖像清晰穩(wěn)定多了。相同的電線，可傳輸?shù)臄?shù)字電視頻道數(shù)是模擬電視的十倍以上。

記錄視頻，(數(shù)字)光盤取代了使用模擬技術(shù)的磁(性錄像)帶，二十多年間，視頻格式從低清晰度的 VCD(352×288 像素)發(fā)展到 DVD、藍(lán)光、4K(3840×2160 像素)、8K(7680×4320 像素)，纖毫畢現(xiàn)，勝于坐前排看電影。數(shù)字相機(jī)取代了采用模擬技術(shù)的膠卷相機(jī)，圖像便于后處理，連專業(yè)攝影師都愛(ài)不釋手。數(shù)字電影也正在淘汰膠片電影?？瓷先ィ瑪?shù)字技術(shù)所到之處，無(wú)往不勝，在短短幾年中就取代了過(guò)去長(zhǎng)期使用的模擬技術(shù)。那么，?數(shù)字液壓?也會(huì)取代傳統(tǒng)液壓?jiǎn)?，?huì)或不會(huì)的原因是什么?這是

本文試圖探討回答的問(wèn)題。

模擬技術(shù)是以模擬量為基礎(chǔ)的。數(shù)字技術(shù)則是在數(shù)字量的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。一些相關(guān)概念的定義在不同的范疇里有所不同。在過(guò)程控制領(lǐng)域里，筆者是這么理解的。模擬量，指的是，在時(shí)間上和空間上都是連續(xù)的，逐漸過(guò)渡的，在一定范圍(定義域)內(nèi)可能取任意值的量。比如說(shuō)，油箱中的油溫、液位、液壓缸中活塞的行程、負(fù)載腔中的壓力、比例閥閥芯的位移。離散量，指的是，在時(shí)間上或空間上是不連續(xù)的，只取幾個(gè)分立值，不存在中間值的量。例如，開(kāi)關(guān)閥閥芯的位置，在正常工況下，忽略其開(kāi)啟關(guān)閉過(guò)程，只考慮全開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)，其位置就可認(rèn)為離散量。再如，幾個(gè)定量泵并聯(lián)，可輸出的流量，一般也常近似認(rèn)為是離散量——各個(gè)泵輸出流量的不同組合。離散量是無(wú)序的。

離散量和模擬量之間沒(méi)有絕對(duì)的界限。

模擬量和離散量是客觀存在的。

數(shù)字量，世間本無(wú)數(shù)，凡人自為之，是人為約定的，對(duì)客觀世界的抽象的簡(jiǎn)化的描述。數(shù)字造出來(lái)就是為了傳遞信息而非動(dòng)力的。用數(shù)字可以對(duì)人施加心理上的壓力，卻不能傳遞物理上的壓力。

數(shù)字量是有序的。

具有先后順序。如，每次加 1，結(jié)果總是 1、2、3，而不能是 1、3、2。二進(jìn)制，數(shù)碼只有 0 和 1，但也是有順序的：0、1、10、11，...。數(shù)碼在不同的位置有不同的意義。如 11，左邊的 1 的值在十進(jìn)制中是右邊的1 的 10 倍。三萬(wàn)五千，人人皆懂。三千五萬(wàn)，就不行了。

無(wú)序的量不能算是數(shù)字量。

數(shù) 字技術(shù) 得以廣受歡迎的原因與應(yīng) 用范圍數(shù)字技術(shù)得以廣受歡迎，是得益于至少以下幾方面的特性。

高抗干擾性性

現(xiàn)實(shí)世界基本是模擬的。實(shí)際用來(lái)保存?zhèn)鬟f信息的物理量，在保存、傳輸、再接收的過(guò)程中，總會(huì)受到不可預(yù)計(jì)的干擾，有無(wú)法確定的損失。例如，磁帶上的磁性會(huì)減弱;電磁波在空氣、導(dǎo)線中，光波在光纖中，長(zhǎng)距離傳輸后，強(qiáng)度會(huì)衰減;光盤上的反射凹凸點(diǎn)經(jīng)過(guò)幾十年也會(huì)由于氧化而出現(xiàn)不均勻的高度損失。這樣，實(shí)際接收到的信號(hào)強(qiáng)度與原始的就會(huì)有差別。比如說(shuō)，發(fā)送端的信號(hào)強(qiáng)度是 1.000±0.001V，接收端可能是 0.990±0.005V。如果使用模擬技術(shù)，根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)處理，就會(huì)出現(xiàn)失真。轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)越多，失真就越大。數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)原理大致如下：發(fā)送接收方約定，發(fā)送方對(duì)要傳遞的模擬量采樣，得到離散量，再把離散量逐個(gè)轉(zhuǎn)化為由數(shù)碼 0 和 1 組成的二進(jìn)制數(shù)字量，用脈沖成組地發(fā)給接收方。接收方把收到的幅度小于一定值，比方說(shuō)，0.3 的脈沖都看作0，幅度在一定范圍內(nèi)，比方說(shuō)，0.7～1.3 的脈沖都看作 1(圖 1)，在此范圍之外的都看作無(wú)效。然后，在需要處再把成組的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化成八進(jìn)制、十六進(jìn)制或日常生活習(xí)慣的十進(jìn)制數(shù)，然后復(fù)原為模擬量。這就具有了極高的抗干擾性，獲得了極強(qiáng)的可再現(xiàn) 性，從而可多次轉(zhuǎn)發(fā)。圖 1 二進(jìn)制編碼信號(hào)傳遞原理A—接收到的信號(hào) B—根據(jù)約定解讀出來(lái)的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)例如，手機(jī)、PC 機(jī)中的 USB 接口約定，把+3～+15V 作為 0，-3～-15V 作為這種抗干擾性，二進(jìn)制勝過(guò)其它所有進(jìn)制，例如，三進(jìn)制。所以，現(xiàn)在在整個(gè)社會(huì)備受歡迎的數(shù)字技術(shù)，實(shí)際上是二進(jìn) 制數(shù) 字技術(shù)。編碼信號(hào)傳遞時(shí)的頻率一般固定，但不用 Hz 作為單位，而是用 b/(bit/s 比特率，每秒能傳送的數(shù)碼個(gè)數(shù))，從早期的幾千 b/s 到現(xiàn)在的幾百萬(wàn) b/s(Mb/s)乃至幾十億(Gb/s)。

可校核性性

模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量后就便于校核了。比如，在發(fā)送一批數(shù)據(jù)的結(jié)尾再發(fā)送一個(gè)校驗(yàn)碼。約定，這批數(shù)據(jù)的總和的最后兩位應(yīng)該等于校驗(yàn)碼。否則，這批數(shù)據(jù)全部無(wú)效，請(qǐng)求重發(fā)。信息的可靠性由于可校核而進(jìn)一步提高了。

綜合表述能力力

使用一串?dāng)?shù)字組合，數(shù)字技術(shù)現(xiàn)在已可同時(shí)表述世界上幾乎所有的在用文字，表述各種聲音、色彩、圖像、音樂(lè)、電影等，其失真已達(dá)到常人難以察覺(jué)的地步。

可編程性性

在數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)程序，一方面可被計(jì)算機(jī)執(zhí)行，另一方面又可表述極其復(fù)雜的邏輯，從而使計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的過(guò)程控制，具有了一定的自學(xué)習(xí)能力，正在向人工智能挺進(jìn)。

高速運(yùn) 算能力力

手機(jī)中的中央處理器 CPU 都已能進(jìn)行每秒上億次算術(shù)和邏輯運(yùn)算。有些手機(jī)同時(shí)裝有 4 個(gè) CPU(4 核)，其運(yùn)算——執(zhí)行復(fù)雜程序的能力已很難想象了。

高速傳遞能力力

數(shù)字技術(shù)，一方面，由于利用電磁波和光波傳播，速度達(dá) 30 萬(wàn) km/s。另一方面，以極高的頻率傳播(手機(jī)的 3G、4G、5G，本質(zhì)上是應(yīng)用了更高的頻率)，可以載送極多的信息。現(xiàn)在,家用光纖的傳播速率都可達(dá) 100Mb/s，已經(jīng)可以同步傳送高分辨率的視頻。不消一秒鐘，就可以傳送完四大古典名著。

高集成度度

現(xiàn)在，可攜式硬盤，巴掌大小，存儲(chǔ)量已超 2T，相當(dāng)于 1 萬(wàn)億個(gè)漢字，約 80 萬(wàn)本紅樓夢(mèng)。而大規(guī)模云服務(wù)器的存儲(chǔ)能力，則已難以用日常生活語(yǔ)言來(lái)描述。二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)被用電路的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)來(lái)表示，因此，電路中的元器件不需要很高的精度，可以壓縮得極小?，F(xiàn)在，大規(guī)模集成電路中元件的大小只有頭發(fā)絲的幾百、幾千分之一，一顆芝麻大小的集成電路可含幾百萬(wàn)個(gè)電子元件。

低價(jià)格格

制造集成電路的主要原材料硅，是地殼中第二豐富的元素，因此，取之不盡。過(guò)去五十年以來(lái)，隨著制造技術(shù)的成熟，集成電路體積的縮小，每隔 18 個(gè)月，相同功能的集成電路的價(jià)格就下降一半。

互聯(lián)網(wǎng) 網(wǎng)

在以上各項(xiàng)特性基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的功能強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)，已走進(jìn)家家戶戶，甚至每個(gè)人的口袋。數(shù)字技術(shù)以信息數(shù)字化為基礎(chǔ)，但其之所以能夠取代模擬技術(shù)，卻是離不開(kāi)以上諸多方面特性的支持，缺一不可。設(shè)想一下，如果手機(jī)還是 20 年前的大哥大那么大，或是屏幕只是黑白的，或是拍了 3 張照片內(nèi)存就滿了，或是不能連互聯(lián)網(wǎng)，或是在朋友圈里發(fā)一張照片需要一個(gè)小時(shí)，或是發(fā)一張就要花費(fèi) 100 元，數(shù)字技術(shù)還會(huì)如此受歡迎嗎?

即便如此，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用范圍也是有其局限的。

僅用于傳遞信息息，電壓只有幾 V，電流只有幾個(gè)μA，所傳遞的功功率對(duì)日常生活工程技術(shù)微不足道。

還有很多信息可惜至今還是要借助語(yǔ)言文字做一些詞不達(dá)意的，極其主觀的描述，尚未見(jiàn)數(shù)字化成功應(yīng)用的公開(kāi)報(bào)道，例如，關(guān)于香味、食品滋味的信息。

厘清一些概念看到?數(shù)字技術(shù)?大受歡迎，有些液壓?文獻(xiàn)?也來(lái)亂點(diǎn)鴛鴦譜了。因此有必要在此梳理一下，給他們補(bǔ)補(bǔ)課。

脈碼調(diào)制制 PCM

脈碼調(diào)制制 P PC CM M ，全稱 Pulse Code Modulation 脈沖編碼調(diào) 制，是把模擬信號(hào)離散化，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的處理過(guò) 程：根據(jù)一個(gè)約定的頻率，對(duì)模擬信號(hào)采樣;再把得到的離散的脈沖的幅值轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制編碼的數(shù)字量(圖 3)。

語(yǔ)音通訊(電話)在上世紀(jì)七十年代就開(kāi)始采用這一過(guò)程。例如，采樣頻率為8k，即每秒采 8k(8000)個(gè)脈沖，再轉(zhuǎn)化為 8 位的二進(jìn)制編碼，即一個(gè)脈沖 8 個(gè)bit。這樣，64k 個(gè) bit 就可以表達(dá)一秒鐘的語(yǔ)音了。這樣，就可以把語(yǔ)音變成數(shù)據(jù)包，高速輸送了。如果網(wǎng)絡(luò)的傳播速率為 100Mb/s 的話，就可以同時(shí)傳送約(100M/64k≈)1560 個(gè)語(yǔ)音(電話)。收到后再按約定的頻率(8k)復(fù)原，基本可以反映人聲?，F(xiàn)在，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳送的聲音也都是這樣數(shù)字化了的。一般模擬信號(hào)數(shù)字化，常稱為模數(shù) 數(shù) A A/ /D D 轉(zhuǎn)化的，大致都采用這一過(guò)程。所以，PCM 是數(shù)字技術(shù)的基石。8 位二進(jìn)制數(shù)只能表達(dá) 0～255，對(duì)液壓測(cè) 測(cè) 量，分辨率太低，所以常采用 12 位，可以表達(dá) 0～4095，即約 0.025%的分辨率。

脈幅調(diào)制制 PAM 和和脈頻調(diào)制制 PFM

這兩者都不屬于數(shù)字技術(shù)。脈幅調(diào)制 PAM，全稱 Pulse Amplitude Modulation 脈沖幅度調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)幅(AM)，直到上世紀(jì) 80 年代，還是被普遍用于無(wú)線電廣播(長(zhǎng)波、中波、短波)：用要傳遞的模擬信號(hào)去調(diào)制一個(gè)具有較高的固定頻率電波(載波)的振幅，得到可發(fā)射的調(diào)幅信號(hào)(圖 4)。接收端再把收到的信號(hào)濾去載波，還原出模擬信號(hào)，放大，推動(dòng)喇叭。由于調(diào)幅信號(hào)中的干擾難以識(shí)別排除，因此，收聽(tīng)到的廣播常是帶雜音的。

脈頻調(diào)制 PFM，全稱 Pulse Frequent Modulation 脈沖頻率調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)頻(AF)：用要傳遞的模擬信號(hào)去調(diào)制一個(gè)更高頻電波的頻率，得到可發(fā)射的調(diào) 頻信號(hào)。因?yàn)楦蓴_一般只會(huì)影響信號(hào)的幅值，不會(huì)影響信號(hào)的頻率，因此，從調(diào)頻信號(hào)中解調(diào)得到的模擬信號(hào)所含干擾極少。所以，調(diào)頻廣播的音質(zhì)較調(diào)幅好得多。自上世紀(jì)后期開(kāi)始，沿用至今，看來(lái)還會(huì)長(zhǎng)期使用。

脈寬調(diào)制制 PWM

脈寬調(diào)制 PWM，全稱 Pulse Width Modulation 脈沖寬度調(diào)制，由一系列方波組成。雖然脈沖形狀有點(diǎn)像數(shù)碼脈沖，但作用原理截然不同。幅值是離散的，只有 0 和滿幅值(例如 24V)。有固定的頻率，液壓技術(shù)中使用的一般為 100 至 200Hz，即周期 10～5ms。脈沖寬度可以取任意值，比如說(shuō)，周期的 35%、52.5%等。方波的持續(xù)時(shí)間，在多數(shù)工況，是離散的。在脈沖寬度 100%時(shí)，就不再離散。液壓技術(shù)中，PWM 被用于傳遞功率，驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵，電流一般在 1A 上下，功率在幾到幾十 W。PWM 不具有前節(jié)所述數(shù)字技術(shù)的高抗干擾性、可校核性、綜合表述能力、可編程性、高速運(yùn)算能力和高速信息傳遞能力。PWM 可以算為離散量，但不應(yīng)該算作數(shù)字量，因?yàn)樗痪哂袛?shù)字量的基本特點(diǎn)

——有序。

PWM 早在上世紀(jì)七十年代就與比例電磁鐵技術(shù)一起被應(yīng)用了。如果因?yàn)橛昧?PWM就算是數(shù)字液壓，則目前所有使用電比例閥的液壓系統(tǒng)都可算作數(shù)字液壓了。

脈數(shù) 調(diào)制制 PNM

脈數(shù)調(diào)制 PNM，全稱 Pulse Number Modulation 脈沖數(shù) 目調(diào)制，也被稱為脈沖密度調(diào)制。雖然脈沖形狀有點(diǎn)像數(shù)碼脈沖，但作用原理也截然不同。

脈沖的幅值是離散的，只有 0 和滿幅值。脈沖的寬度一般是固定的。脈沖(在單位時(shí)間內(nèi))的數(shù) 目，也即脈沖的密度(頻率)在一定范圍內(nèi)可以取任意值。PNM 不具有前節(jié)所述數(shù)字技術(shù)的可校核性、綜合表述能力、可編程性、高速運(yùn)算能力和高速信息傳遞能力。PNM 可以算為離散量，但不應(yīng)該算作為數(shù)字量，因?yàn)樗痪哂袛?shù)字量的基本特點(diǎn)——有序。所有的脈沖，無(wú)論先后，都是等價(jià)的。PNM 可用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。由步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)決定(圖 7)，在一定頻率范圍內(nèi)，每輸入一個(gè)脈沖，定子上的磁極就會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子上的齒又推又拉，迫使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，一個(gè)固定的角度，不多也不少。因此，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角對(duì)輸入的脈沖的數(shù)目有較強(qiáng)的再現(xiàn)性(抗干擾性)。

1—定子 2—轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角一般是 1.8°/步，即 200 步/轉(zhuǎn)，也有的可達(dá) 1000 步/轉(zhuǎn)。被轉(zhuǎn)子慣量所限，如果步進(jìn)脈沖頻率太高，一般超過(guò)幾千 Hz，就會(huì) 失步：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角就不再跟隨步進(jìn)脈沖。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)脈沖，峰值電壓一般為幾十 V，電流為幾個(gè) A，其最大轉(zhuǎn)矩僅幾個(gè) Nm，用于直接驅(qū)動(dòng)液壓泵的話，只能提供幾 bar 幾 L/min 流量。所以，一般僅用于驅(qū)動(dòng)電液轉(zhuǎn)換閥的閥芯。

數(shù) 字液壓能與計(jì) 算機(jī) 直接相連連”這是訛傳!

計(jì)算機(jī)中電子元件間的工作電流都小于幾個(gè)μA。而控制任何液壓元件，需要的信號(hào)電流都至少幾十 mA，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部電流的萬(wàn)倍以上。因此，計(jì)算機(jī)要驅(qū)動(dòng)任何液壓元件都需要功率放大，不可能直接連接。計(jì)算機(jī)中電子元件間都是通過(guò) 內(nèi) 部總線傳遞并行信號(hào)，從早期的 8 位到現(xiàn)在常見(jiàn)的 64 位。任何輸出信號(hào)都需要專門的電子元件從這個(gè)內(nèi)部總線中取出轉(zhuǎn)化放大，無(wú)論是控制伺服閥的模擬信號(hào)，還是控制比例閥的 PWM 信號(hào)、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)用的PNM 信號(hào);哪怕是最簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)信號(hào)，也需要一個(gè)專用電子元件，從并行總線中取出某一位。個(gè)人用計(jì)算機(jī)的輸出接口，以前有連接打印機(jī)用的 25 針并行口、連接鼠標(biāo)用的 9針串行口，現(xiàn)在只有耳機(jī)接口、HDMI 和 USB 接口。這些接口都不能與液壓元件直接相連。一些工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或 PLC 有專用接口，可以輸出控制液壓元件用的模擬信號(hào)、PWM 信號(hào)、PNM 信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)，但都是根據(jù)需要特地設(shè)置的。不同的電子元件和放大器是有些價(jià)格差，但在電子工業(yè)高度發(fā)達(dá)的今天，這些價(jià)格差相對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的造價(jià)已可忽略不計(jì)了。所以，?計(jì)算機(jī)控制離散液壓元件，不需要 D/A 轉(zhuǎn)換元件?是對(duì)的，但所謂? 數(shù)字液壓能與計(jì) 算機(jī) 直接相連 ?這種說(shuō)法是訛傳，純屬忽悠!

‘ 高速開(kāi) 關(guān) 數(shù) 字閥 ’

高速開(kāi)關(guān)閥有可能被用于?離散液壓?，代替模擬閥——伺服閥、電比例閥)。在氣壓傳動(dòng)中早就應(yīng)用了。因?yàn)闅怏w彈性大，雖然閥快速開(kāi)關(guān)，氣體壓力依然是連續(xù)變化。但液體剛性大，應(yīng)用就不那么簡(jiǎn)單，必須有措施抑制壓力沖擊，所以仍處于探索階段。真正用于液體的高速開(kāi)關(guān)閥，至今還只是被用于燃油的電噴，這并非正宗意義的液壓傳動(dòng)。高速開(kāi)關(guān)閥憑什么叫?數(shù)字閥??是因?yàn)榭刂崎y的信號(hào)是 PWM 嗎?切換普通開(kāi)關(guān)閥的電信號(hào)其實(shí)也是與 PWM 相同的方波，只是持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)些而已。高速開(kāi)關(guān)閥和普通開(kāi)關(guān)閥的功能都是開(kāi)關(guān)，切換速度的不同，并未引起什么質(zhì)變。憑什么高速就能(需要)掛上?數(shù)字?，難道低速開(kāi)關(guān)閥是模擬閥嗎?掛上?數(shù)字?，混淆概念其實(shí)無(wú)助于其推廣應(yīng)用。

關(guān) 于 ? 數(shù) 字液壓 ? 的定義

在歐洲，數(shù)字液壓的研究主要集中在芬蘭坦佩雷理工大學(xué)(Tampere Universityof Technology)、奧地利的林茨大學(xué)(Johannes Kepler University Linz)等幾個(gè)研究機(jī)構(gòu)。坦佩雷理工大學(xué) Linjama 先生曾提出如下定義：?Digital Fluid Power meanshydraulic and pneumatic systems having discrete valued component(s)actively controlling system output.? [2] 大意為：數(shù)字流體動(dòng)力指的是那些液壓和氣動(dòng) 系統(tǒng)，它們具有離散量元件主動(dòng)控制系統(tǒng)輸出。注意：此定義只提及數(shù)字系統(tǒng)11和離散量元件，并未提及數(shù)字元件。該文給出了一些可能的模式。參考文獻(xiàn)[6]指出了一些模式可會(huì)遇到的問(wèn)題。一并歸結(jié)如下。

閥控離散化

使用開(kāi)關(guān)閥，代替?zhèn)鹘y(tǒng)(模擬)液壓中的模擬閥。所控制的流量理論上是離散的。但如果開(kāi)關(guān)非常頻繁，分級(jí)相當(dāng)細(xì)的話，效果就可接近或等同模擬控制

單閥，利用 PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制開(kāi)啟時(shí)間來(lái)控制通過(guò)流量(圖 8a)。

如果用步進(jìn)電機(jī)控制閥，雖然接收的是步進(jìn)脈沖，但控制流量閥是模擬閥，不能是開(kāi)關(guān)閥。所以，只能算是介于離散液壓與模擬液壓之間的產(chǎn)品。

多閥，有兩種可能：

a)各閥相同，由信號(hào)控制開(kāi)啟個(gè)數(shù)。

b)各閥(節(jié)流孔)不同，通流面積按 2 倍遞增。這樣，如果用 6 個(gè)閥，理論上

就可以獲得共 64 種通流面積。

泵控離散化

單泵，利用 PWM 信號(hào)，通過(guò)控制旁路閥開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)度來(lái)旁路流量，這樣就不再需要用于維持恒壓的溢流閥，可以減少能耗(圖 9a)。這里，蓄能器的液容就起著類似比例電磁線圈的電感的作用，盡管壓力是脈沖的，但保持流量連續(xù).旁路閥的開(kāi)啟關(guān)閉總是需要一定時(shí)間，在這段時(shí)間中，會(huì)有一定流量通過(guò)閥口，造成能量浪費(fèi)。時(shí)間越長(zhǎng)，浪費(fèi)越大。所以，最好使用高速開(kāi)關(guān)閥。但時(shí)間越短，則對(duì)泵的壓力沖擊梯度越大，對(duì)泵的壽命危害越嚴(yán)重。

多泵，根據(jù)需求關(guān)閉旁路閥，可以得到不同的輸出流量，以取代變量泵。此方案的原理并不是全新的。用低壓大流量高壓小流量的雙泵來(lái)離散地代替恒功率變量泵，已有上百年歷史了。以上這些方案，實(shí)際上是用離散元件取代了模擬元件。所以，筆者認(rèn)為，稱為?離散液壓?更貼切一些。國(guó)內(nèi)有文獻(xiàn)將此稱為?狹義的數(shù)字液壓?，而將國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的形形色色使用 PWM 和 PNM 控制的所謂?數(shù)字液壓?稱為?廣義的數(shù)字液壓?。概念是人定義的，對(duì)某個(gè)已通用的名詞提出新的解釋、新的定義，也是可以的。但是，提出者應(yīng)該加以說(shuō)明，而聽(tīng)者則應(yīng)首先了解其定義，究竟指的是什么東東?？炕煜拍?，是不能持久的。另外，也應(yīng)該考慮已經(jīng)通行的慣稱。例如，把?在工廠里指導(dǎo)過(guò)博士生實(shí)習(xí)?簡(jiǎn)化為?博導(dǎo)?，從文字上是說(shuō)得過(guò)去的，但拿到社會(huì)上去自我標(biāo)榜，就是魚目混珠、欺世盜名了。關(guān)在家里，可以把中文中稱為?鹿?的動(dòng)物定義成?Ma?，但如果想借此參加國(guó)際賽馬比賽，那是要被笑掉大牙的。

關(guān) 于技術(shù) 創(chuàng) 新與取代

毫無(wú)疑問(wèn)，我們需要不斷創(chuàng)新，用新的更好的產(chǎn)品來(lái)取代老產(chǎn)品。

要把客戶需求放在首位位搞技術(shù)做企業(yè)的，時(shí)時(shí)刻刻放在首位的，應(yīng)該是客戶的需求，自己的技術(shù)能給客戶帶來(lái)什么效益。比如說(shuō)，液壓缸，客戶是用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的。因此，放在首位的就是行程。然后，額定工作壓力是多少，做過(guò)多高的耐壓試驗(yàn)，做過(guò)幾十萬(wàn)次的持久性試驗(yàn)，活塞桿的抗磨損耐腐蝕性如何，低速運(yùn)動(dòng)的還要關(guān)心摩擦力多大，是否會(huì)爬行，是否達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，等等。目前絕大多數(shù)液壓缸，尤其是用在工程機(jī)械上的，是靠人工操控，即人工閉環(huán)控制的，并不需要自動(dòng)定位。如果是自動(dòng)定位的液壓缸，就要談，在負(fù)載變化油源壓力變化時(shí)的定位重復(fù)性和準(zhǔn)確度，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。拿實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)話。國(guó)內(nèi)國(guó)際，能制造液壓缸的企業(yè)，少說(shuō)也有千家。要說(shuō)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，還比較容易。但要說(shuō)?達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平?，那就應(yīng)該至少研究考察過(guò)世界上八個(gè)十個(gè)前沿制造廠的水平。

技術(shù) 創(chuàng) 新與取代必須注意的要點(diǎn) 點(diǎn)

1 1 )功能任務(wù)必須基本相同。拿功能任務(wù)不同的元件來(lái)比較，談取代，并無(wú)意義。

2 2 ) 性價(jià) 比更優(yōu)：或性能優(yōu)，而價(jià)格增加不多;或性能不差，但價(jià)格明顯低。這里的性能應(yīng)該是廣義的，包括了持久性、環(huán)保性等等。這里的價(jià)格，則不僅要考慮到研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用，而且要考慮到更換、替代費(fèi)用。因此，要說(shuō)一種元件更先進(jìn)，可以取代另一種元件，就需要實(shí)事求是地全面比較通過(guò)測(cè)試獲得的性能數(shù)據(jù)，比較各種成本，光比較某一點(diǎn)是不夠的。例如，帶反饋的伺服閥，盡管其重復(fù)性、線性、滯迴等明顯優(yōu)于普通開(kāi)環(huán)的電比例閥，但其應(yīng)用數(shù)量、范圍卻遠(yuǎn)不如電比例閥，不僅是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本降不下來(lái)的緣故，還有污染敏感性等等問(wèn)題。另外，對(duì)于性能是否優(yōu)秀，不同的應(yīng)用評(píng)價(jià)常會(huì)不同。在一種應(yīng)用中是優(yōu)秀的性能，完全可能在另一種應(yīng)用中不被重視。例如，工作持久性，遠(yuǎn)洋船希望能 20 年，而導(dǎo)彈則只需要幾分鐘。

3 3 )妖魔躲在細(xì)節(jié)里。許多設(shè)想要等到真正實(shí)際制造使用，才會(huì)接觸到細(xì)節(jié)，才能知道是否適宜推廣。磁懸浮列車就是一個(gè)例子。理論上來(lái)說(shuō)，極其美好：列車靠磁力懸浮在空中，沒(méi)有與地面的摩擦力。但實(shí)際制造了，才感到造價(jià)昂貴而推廣不易。

4 4 )新技術(shù)不一定能取代老技術(shù)。例如，火車牽引機(jī)車，最早出現(xiàn)的是蒸汽機(jī)車，約 1825 年;后來(lái)出現(xiàn)的是電力機(jī)車，約 1840 年;然后才是內(nèi)燃機(jī)車，約 1920年?，F(xiàn)在，蒸氣機(jī)車基本退出了使用，盡管內(nèi)燃機(jī)車也還在大量使用，但現(xiàn)在高速列14車又全是電力驅(qū)動(dòng)。再如，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是 1883 年發(fā)明的。而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是 9 年之后才發(fā)明的，多年來(lái)一直由于出力大，備受青睞，勝利進(jìn)軍，在船舶、卡車、移動(dòng)工程機(jī)械上幾乎是唯一的動(dòng)力源，在轎車上也與汽油機(jī)平分天下。然而，據(jù)德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境保護(hù)部最近的報(bào)告，柴油機(jī)在德國(guó)是細(xì)微顆粒 PM10 和 NO 2 的主要排放源，因此備受責(zé)難。在德國(guó)，滿足 E5 排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)轎車在 2015 年還允許投放市場(chǎng)，在 2017 年已被禁止進(jìn)入斯圖加特市市區(qū)，慕尼黑、科隆等城市也都在準(zhǔn)備采取類似措施 [7] 。汽車工業(yè)在哀嘆，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命岌岌可危了。所以，宣稱發(fā)明了一種神器，可以取代全部現(xiàn)有的液壓元件，那是幼稚，是不了解液壓技術(shù)的博大精深，應(yīng)用廣泛而復(fù)雜。