Imin, Imax, deadband и ramp в усилителях пропорциональных клапанов

Зачем нужны настройки, если клапан «пропорциональный»

Слово «пропорциональный» иногда создаёт ощущение, что всё должно работать сразу и линейно: дали 5 В из 10 В — получили половину расхода. На практике так бывает не всегда.

У клапана есть зона нечувствительности, трение, перекрытие золотника, разбросы, требования по максимальному току. У гидравлической системы есть свои ограничения: нельзя резко открыть поток, нельзя дать гидроудар, иногда нужно специально ограничить максимум.

Поэтому усилитель должен не просто принимать входной сигнал, а правильно преобразовывать его в ток катушки.

Что такое Imax

Imax — максимальный ток катушки, который усилитель будет выдавать при максимальной команде.

Это одна из самых важных настроек. Если поставить Imax выше паспортного значения, можно перегреть катушку или получить неправильный режим клапана. Если поставить слишком низко, клапан не выйдет на нужный расход или давление.

Imax обычно берут из паспорта катушки или клапана. Иногда в документации указывают номинальный ток, иногда мощность и напряжение. Если есть только сопротивление и напряжение, ток можно оценить, но лучше всё равно сверяться с документацией производителя.

Что такое Imin

Imin — минимальный рабочий ток, с которого клапан начинает полезно реагировать на команду.

Он нужен потому, что многие клапаны не начинают движение строго с нуля. Есть пружина, перекрытие золотника, трение, гидравлические силы. Поэтому первые проценты команды могут ничего не менять.

Imin позволяет убрать пустой участок и сделать управление более удобным.

Пример: клапан начинает заметно открываться только около 0,45 А. Тогда можно настроить Imin = 0,45 А. При появлении рабочей команды усилитель сразу выдаст ток в районе начала открытия, а дальше будет плавно увеличивать ток до Imax.

Deadband по входу и по выходу

Мёртвая зона может быть не только в клапане, но и во входном сигнале.

Например, управляющий контроллер выдаёт 0-10 В, но нужно использовать только диапазон 2-8 В. Ниже 2 В считать команду нулевой, выше 8 В ограничивать максимум. Это удобно, если часть диапазона входа зарезервирована, шумит или не нужна.

Настройка входных границ позволяет сделать так:

X < Xmin        → ток 0
Xmin..Xmax      → ток линейно от Imin до Imax
X > Xmax        → ток Imax

Пример настройки 0-10 В → 0,5-2,0 А

Допустим, у нас есть вход 0-10 В, но рабочим считаем диапазон 2-8 В. Катушка должна работать от 0,5 до 2,0 А.

Настройки:

Результат:

Так одновременно решаются четыре задачи: входной порог, выходной порог, масштабирование и ограничение максимального тока.

Что такое ramp

Ramp — это ограничение скорости изменения тока. Если входная команда резко прыгнула с 0 до 100%, усилитель не обязан сразу выдавать полный ток. Он может плавно довести ток до нужного значения за заданное время.

Это полезно для гидравлики, потому что резкие изменения расхода и давления дают:

• рывки;
• гидроудары;
• шум;
• колебания;
• повышенные нагрузки на механику;
• неприятное поведение для оператора.

Почему время ramp может отличаться от ожиданий

Фактическая скорость изменения тока зависит не только от настройки, но и от физики катушки, питания и способа размагничивания.

При нарастании тока важно, хватает ли напряжения питания. Чем больше сопротивление и индуктивность катушки, тем медленнее ток будет расти.

При спаде тока важно, как драйвер рассеивает энергию катушки. Диод свободного хода даёт более мягкий спад, но не самый быстрый. Более жёсткие схемы могут ускорить спад, но дают более высокие напряжения и требования к силовой части.

Как настраивать на практике

Рабочий порядок обычно такой:

1. Установить Imax по паспорту катушки.
2. Подать небольшую команду и найти ток начала реакции клапана.
3. Установить Imin чуть выше зоны, где клапан ещё не реагирует.
4. Настроить входные границы, если сигнал не полный 0-10 В или 4-20 мА.
5. Поставить умеренный ramp, например 200-500 мс на нарастание.
6. Проверить движение/давление/расход.
7. Если гидравлика дёргается — увеличить ramp.
8. Если система слишком вялая — уменьшить ramp, но следить за рывками и перегревом.
9. После этого настраивать dither.

Типичные ошибки