液壓與伺服混合驅動技術帶來(lai)更高能(neng)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(ye)壓(ya)(ya)驅動(dong)在機械(xie)工(gong)程領域仍占有著(zhu)很大(da)的(de)(de)(de)(de)市場份額。執(zhi)行(xing)機構的(de)(de)(de)(de)高功率密(mi)度以(yi)(yi)及直線運(yun)動(dong)的(de)(de)(de)(de)實現簡單和(he)成本低(di)廉(lian)，使緊湊的(de)(de)(de)(de)系統設計方案成為(wei)(wei)了可(ke)能(neng)(neng)。由(you)于采用(yong)了液(ye)壓(ya)(ya)蓄能(neng)(neng)器(qi)和(he)伺服閥(fa)技術，因此(ci)能(neng)(neng)夠使用(yong)高動(dong)態、高精確性驅動(dong)器(qi)，例如，在注塑機上(shang)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)。但(dan)與(yu)此(ci)同時(shi)，液(ye)壓(ya)(ya)驅動(dong)軸也有著(zhu)不容忽視的(de)(de)(de)(de)缺(que)點：低(di)能(neng)(neng)效、環境噪(zao)聲以(yi)(yi)及液(ye)壓(ya)(ya)油(you)的(de)(de)(de)(de)污染。盡管(guan)如此(ci)，液(ye)壓(ya)(ya)還不是能(neng)(neng)完全(quan)被(bei)取(qu)代(dai)，因為(wei)(wei)它能(neng)(neng)為(wei)(wei)很多應用(yong)場合提供較大(da)的(de)(de)(de)(de)力和(he)扭矩(ju)。
從控制技術角度來說，液壓驅動軸在控制算法和響應
時間方面(mian)有(you)著特殊需求。液(ye)(ye)壓(ya)(ya)軸在從引(yin)導(dao)運動(dong)到控(kong)制壓(ya)(ya)力曲線的(de)(de)(de)過渡(du)中對(dui)時間非(fei)常(chang)敏感。簡單的(de)(de)(de)液(ye)(ye)壓(ya)(ya)軸通常(chang)擁有(you)較低的(de)(de)(de)固有(you)頻(pin)率(lv)和高度定位控(kong)制系統性能。這就(jiu)是為(wei)什么采(cai)用 PID 控(kong)制時間位移曲線會(hui)失敗的(de)(de)(de)原(yuan)因。因此，在過去，液(ye)(ye)壓(ya)(ya)軸常(chang)常(chang)需要使用專用的(de)(de)(de)硬件控(kong)制器。
液壓功能庫：通過軟件實現運動控制功能
Beckhoff 基于 PC 的(de)控(kong)(kong)制器(qi)的(de)分為硬件模(mo)塊和軟件模(mo)塊兩個部分。運動(dong)控(kong)(kong)制功(gong)(gong)能(neng)通過(guo)軟件庫(ku)實(shi)現，無(wu)需任何專用硬件。而(er)過(guo)程數據將通過(guo)電子(zi)總線端子(zi)模(mo)塊讀入和輸出。采用 Beckhoff XFC 極速控(kong)(kong)制技術(shu)，將大大縮短系統響應時間(jian)(jian)；若采用 EtherCAT 和功(gong)(gong)能(neng)強(qiang)大的(de) Intel? CPU ，可實(shi)現控(kong)(kong)制器(qi)采樣時間(jian)(jian)達(da)到(dao) 100 μs。
TwinCAT 液壓功能庫提供了液壓軸的運動(dong)控制功能；電動(dong)伺服軸也可(ke)選擇(ze)性地進行控制。模塊設(she)計及認證符合 open 標準(zhun)。用戶使(shi)用的(de)界面在功能(neng)上與 Beckhoff 以(yi)及(ji)其他制造商的(de)同類產品相同。液壓功能(neng)庫支持(chi)所有通用的(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。
軌跡控制與時間控制的比較
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)軸通常(chang)用(yong)在(zai)需要(yao)從速度(du)控制轉換(huan)到壓(ya)力(li)(li)調節的(de)設備(bei)中(zhong)，例(li)如(ru)，壓(ya)機(ji)、注塑機(ji)或模鑄機(ji)。XFC 結合了液壓(ya)功(gong)能庫中(zhong)的(de)功(gong)能，具有(you)對(dui)輸入信號響應時(shi)間(jian)短(duan)、時(shi)間(jian)分辨率高的(de)特點，它為上(shang)述(shu)應用(yong)提供了理(li)想的(de)解(jie)決方案。這樣，注塑運動由位移引導；隨(sui)后的(de)壓(ya)力(li)(li)調節在(zai)閉環(huan)中(zhong)根據特定的(de)過程以高分辨率的(de)方式(shi)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(neng)效，混(hun)合驅動(dong)方案 — 結(jie)合使用(yong)電(dian)動(dong)伺服(fu)驅動(dong)軸和(he)液壓驅動(dong)軸 — 已(yi)在實(shi)際(ji)運用(yong)中(zhong)獲得了越來越多的青睞。伺服(fu)電(dian)機也(ye)可(ke)通過使用(yong)液壓功能(neng)庫(ku)以點(dian)對點(dian)的方式進(jin)行控制(zhi)。時間控制(zhi)曲(qu)線(xian)曲(qu)線(xian)也(ye)可(ke)由液壓功能(neng)庫(ku)生(sheng)成。同(tong)(tong)時，液壓功能(neng)庫(ku)也(ye)支持電(dian)動(dong)軸的同(tong)(tong)步運動(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(jian)提供操作簡單(dan)的診斷功能
示波器功能（Scope View）軟件通過對(dui)重(zhong)要(yao)信號特性(xing)曲(qu)線的(de)(de)精確(que)分(fen)析簡化了(le)控制軟件的(de)(de)實施(shi)和驗證(zheng)工作。它(ta)可(ke)以(yi)(yi)在 TwinCAT 開發(fa)環境中擴展。所有輸入信號以(yi)(yi)及內部(bu)(bu)變量(liang)都以(yi)(yi)不同的(de)(de)軸分(fen)辨率顯示。為了(le)能夠(gou)以(yi)(yi)最佳(jia)方式運行(xing)(xing)液壓回路，常常需(xu)要(yao)進行(xing)(xing)重(zhong)新(xin)調(diao)整(zheng)。對(dui)于出現(xian)緊急情況時(shi)需(xu)要(yao)維修(xiu)服(fu)務，并需(xu)要(yao)大(da)量(liang)信息(xi)的(de)(de)時(shi)候，總(zong)部(bu)(bu)的(de)(de)開發(fa)人員(yuan)必須提供(gong)支(zhi)持。通常，專用的(de)(de)硬件解決方案有很大(da)的(de)(de)局限性(xing)。若使用 TwinCAT Scope View 軟件，能夠(gou)保存并發(fa)送測量(liang)結果以(yi)(yi)對(dui)故(gu)障進行(xing)(xing)分(fen)析，并可(ke)為現(xian)場維修(xiu)提供(gong)帶測量(liang)調(diao)整(zheng)功能的(de)(de)模板。
