液壓(ya)與伺(si)服混合驅(qu)動(dong)技(ji)術帶來更高能效
近年來，盡管電子驅動技術的應用在不斷增長，但液壓驅動在很多應用中仍然是不可或缺的一部分。一般液壓控制系統都要求有高性能、適合的控制方案， 在過去，人們普遍使用專屬控制解決方案，但是現在，Beckhoff 提供了一種基于 PC 的控制解決方案，相比 之下有更加強大的功能，使編程和維護工作更加輕松。通過采用 EtherCAT 總線和 TwinCAT 液壓 功能庫，能夠滿足很高的性能要求。TwinCAT 液壓功能庫為由液壓驅動軸和電動軸組成的混合 驅動機構提供了最佳的能效。
靜液壓(ya)(ya)驅動(dong)(dong)在(zai)機械工程領域仍占(zhan)有(you)著(zhu)很(hen)大(da)的(de)市場份額。執行機構(gou)的(de)高功率密度(du)以及直(zhi)線運(yun)動(dong)(dong)的(de)實現簡單(dan)和成本低(di)廉，使緊湊的(de)系統(tong)設計方案成為(wei)了可能。由于采用(yong)了液壓(ya)(ya)蓄能器和伺(si)服閥技術，因此能夠(gou)使用(yong)高動(dong)(dong)態、高精確性驅動(dong)(dong)器，例如，在(zai)注塑機上的(de)應(ying)用(yong)。但(dan)與此同時，液壓(ya)(ya)驅動(dong)(dong)軸(zhou)也(ye)有(you)著(zhu)不容忽視的(de)缺點：低(di)能效、環境噪(zao)聲以及液壓(ya)(ya)油的(de)污(wu)染。盡管如此，液壓(ya)(ya)還不是能完全被(bei)取代，因為(wei)它(ta)能為(wei)很(hen)多(duo)應(ying)用(yong)場合提供較大(da)的(de)力(li)和扭(niu)矩(ju)。
從控制技術角度來說，液壓驅動軸在控制算法和響應
時(shi)間(jian)方面有著特殊(shu)需求。液壓(ya)(ya)軸在(zai)從引導運動到(dao)控制壓(ya)(ya)力曲(qu)線的過(guo)渡中(zhong)對時(shi)間(jian)非常敏感。簡單(dan)的液壓(ya)(ya)軸通(tong)常擁有較低的固有頻(pin)率和高度定位(wei)控制系統性(xing)能。這就是為什么采用(yong)(yong) PID 控制時(shi)間(jian)位(wei)移曲(qu)線會失敗的原因(yin)。因(yin)此，在(zai)過(guo)去，液壓(ya)(ya)軸常常需要使用(yong)(yong)專用(yong)(yong)的硬(ying)件(jian)控制器。
液壓功能庫：通過軟件實現運動控制功能
Beckhoff 基(ji)于 PC 的控(kong)制器(qi)的分為硬件模塊和軟件模塊兩(liang)個(ge)部分。運(yun)動控(kong)制功能通過軟件庫(ku)實現，無需任何專(zhuan)用硬件。而過程(cheng)數據將通過電子(zi)總線端(duan)子(zi)模塊讀入和輸出。采(cai)用 Beckhoff XFC 極速控(kong)制技術(shu)，將大大縮短(duan)系統(tong)響應時間；若采(cai)用 EtherCAT 和功能強大的 Intel? CPU ，可實現控(kong)制器(qi)采(cai)樣(yang)時間達到 100 μs。
TwinCAT 液壓功能(neng)庫(ku)提供了(le)液壓軸的運動控制(zhi)功能(neng)；電(dian)動伺服軸也可選擇性(xing)地進行控制(zhi)。模(mo)塊設計及認證符合 open 標準。用戶使用的(de)界面在(zai)功能上與 Beckhoff 以(yi)及其他制(zhi)造商的(de)同類產品相同。液壓功能庫(ku)支(zhi)持所有通(tong)用的(de)類型；非線性閥特性曲線通過采用對自動生成的特性曲線進行線性化來補償。
如果簡單的 PID 位移控制器找到一個與位移無關的特殊控制系統特性，傳統的 NC 系統將計算出與時間相關的時間位移曲線。該液壓驅動器的特殊控制系統特性要求生成的曲線考慮到與位移相關的軌跡特性、黏滑效應以及最大制動/延遲時間。液壓功能庫包含了生成漸進曲線的功能模塊。方向相關的控制系統特性也被考慮進去，加速和減速匝道則根據曲線精度標準或最小周期時間來計算。
軌(gui)跡控(kong)制(zhi)(zhi)與時間控(kong)制(zhi)(zhi)的比較
傳統的 NC 控制器計算的位移曲線是一個時間函數，但是，這種計算方式不適用于液壓執行機構的特性曲線。在時間控制中，可以觀察到對象有強烈的速度波動、過沖或黏滑振動。經濟的液壓方案不使用伺服閥，但需要生成一個位移相關的曲線。對于這些軌跡來說，與高驅動速度和目標精確定位相比，曲線精度就顯得不那么重要了。對于位移相關的運動控制，在運動期間不會執行位移控制；決定生成曲線的控制變量是剩余距離，而不是時間。達到目標位置是通過制動方式實現的，例如，啟動一個根函數后。
液壓(ya)軸通(tong)常用在(zai)需要(yao)從速度控制轉換到(dao)壓(ya)力調(diao)節(jie)的設備中，例(li)如，壓(ya)機(ji)(ji)、注塑機(ji)(ji)或模鑄機(ji)(ji)。XFC 結(jie)合了(le)(le)液壓(ya)功能庫中的功能，具有對輸入信(xin)號響應(ying)時(shi)(shi)間短、時(shi)(shi)間分(fen)辨率高的特點，它為上述應(ying)用提供了(le)(le)理想的解決(jue)方案。這樣，注塑運動由位移引導；隨后(hou)的壓(ya)力調(diao)節(jie)在(zai)閉環中根據特定的過程(cheng)以高分(fen)辨率的方式實現(xian)。
在壓機和折彎機應用中，要求多個液壓軸同時驅動；為此將強制進行同步運動和非橫向力的壓力增加。在實際應用中，使用液壓功能庫可以實現用小于 10 或者大到數千噸的驅動壓力帶動最多 20 根同步軸。根據具體的需求，液壓功能庫可支持主/從軸或虛擬主軸方式。若要構建高閉合力，直線液壓執行機構必須與非線性齒輪結合，如連桿或曲柄機構；液壓功能庫也可為此提供合適的轉換功能。
液壓軸和電動伺服軸結合使用 — 顯著提高能效
為了增加能效(xiao)，混合驅(qu)(qu)動(dong)方案(an) — 結合使(shi)用電(dian)(dian)動(dong)伺服(fu)(fu)驅(qu)(qu)動(dong)軸(zhou)和液(ye)(ye)壓(ya)(ya)(ya)驅(qu)(qu)動(dong)軸(zhou) — 已在實際運用中(zhong)獲(huo)得了越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多的(de)青(qing)睞(lai)。伺服(fu)(fu)電(dian)(dian)機(ji)也可(ke)通過使(shi)用液(ye)(ye)壓(ya)(ya)(ya)功(gong)能庫(ku)(ku)以(yi)點(dian)對點(dian)的(de)方式進(jin)行控制(zhi)。時(shi)間控制(zhi)曲線(xian)曲線(xian)也可(ke)由液(ye)(ye)壓(ya)(ya)(ya)功(gong)能庫(ku)(ku)生成。同(tong)時(shi)，液(ye)(ye)壓(ya)(ya)(ya)功(gong)能庫(ku)(ku)也支(zhi)持(chi)電(dian)(dian)動(dong)軸(zhou)的(de)同(tong)步(bu)運動(dong)。
伺服電機和液壓定位的容積式泵的混合使用將進一步提升靜液壓驅動的能效。液壓功能庫中的軌跡控制與活動部分相關，同時，使用高動態性 EtherCAT 驅動器能夠實現全新的創新型運動控制方案。
Scope View 軟件提(ti)供(gong)操作簡單的診斷功(gong)能
示波器功能（Scope View）軟件(jian)通過對重要(yao)(yao)信號特(te)性(xing)曲線的(de)(de)精確分析簡(jian)化(hua)了控制軟件(jian)的(de)(de)實施和驗(yan)證工作。它可以在(zai) TwinCAT 開發(fa)環境(jing)中(zhong)擴展。所有輸入信號以及內部變量都以不同的(de)(de)軸(zhou)分辨率顯示。為了能夠以最(zui)佳方式運行(xing)液壓回(hui)路，常常需要(yao)(yao)進行(xing)重新調(diao)整(zheng)(zheng)。對于出現(xian)緊急情況(kuang)時(shi)需要(yao)(yao)維修服務(wu)，并(bing)需要(yao)(yao)大量信息的(de)(de)時(shi)候，總部的(de)(de)開發(fa)人(ren)員(yuan)必(bi)須提(ti)供支持。通常，專用(yong)的(de)(de)硬件(jian)解決方案有很大的(de)(de)局(ju)限性(xing)。若使用(yong) TwinCAT Scope View 軟件(jian)，能夠保(bao)存并(bing)發(fa)送測(ce)量結果以對故障進行(xing)分析，并(bing)可為現(xian)場維修提(ti)供帶測(ce)量調(diao)整(zheng)(zheng)功能的(de)(de)模板。
