液压数字控制器(HNC)在液压同步系统中的应用
高载荷、大功率、长行程的系统通常要求使用多个执行机构来完成它的性能和动作，如水库闸门提升、大型集装箱升降和一些大型压机、试验机等。在这样的大负载系统中，解决多个执行机构的液压系统同步问题，保证工程建设安全性和可靠性成为关键性的技术。在矿山、冶金、建筑和水利等领域中，液压同步系统已经实现了轧机同步运动、大型屋架整体提升以及多闸门同步放落提升等技术应用。HNC可以简化系统设计和调试的复杂度、参数化、模块化、算法简单好用，易于工程技术人员接受、掌握和调试。HNC和比例阀组成的系统能够有效提高系统控制精度和减少同步误差。
1．液压同步系统及比例闭环控制同步系统的分析
常用的液压同步有速度同步和位置同步两类。速度同步是指各执行元件的运动速度相等，而位置同步是指各执行元件在运动中或停止时都保持相同的位移量。涉及液压同步精度的控制方式有：容积控制、流量控制和伺服控制。伺服控制的同步精度最高，流量控制的同步精度次之。
电液比例控制阀应用有了很大的推广并取代了一大部分电液伺服控制系统。HNC的出现及应用，可以有效提高比例阀液压系统的控制精度和动态响应，使其性能达到伺服阀的水平。而比例阀系统具有抗污染强、工作可靠、无零漂、价廉和节能等优点又得以保持。此处所介绍的位置同步系统是一种典型的比例阀闭环控制系统，HNC在系统中代替PC控制器。
2．HNC控制系统和基于PC的控制系统的比较
控制系统用的HNC为Rexroth公司的HNC100-2X型，它是数字式液压轴控制器，是一个对液压缸进行闭环控制的可编程NC控制器，它满足对液压轴闭环控制的特殊指令形式而且还供應电气驱动选项。实际上可以把HNC理解为模块化的单片机系统，它的编程语言和编程环境(WIN PED)很简单，而且闭环控制参数在WIN PED内部已经做好了，只需把系统参数放在程序的相应位置就可以了，并不需要去设定PID参数，系统会自动整定。若系统整定的参数试验效果不理想，调试过程中可根据实际情况调整PID参数。HNC集数字量输入/输出接口、模拟量输入/输出接口于一体，带有串口用于和计算机通信，并有现场总线接口用于HNC至上位控制器的通信。HNC既可以用作控制器直接控制液压伺服系统，也可用作终端驱动器接收上位控制器的指令输出。在本项目中HNC用作电液系统的控制器。
PC Based液压伺服控制系统是在工业计算机的基础上添置模拟量输入/输出卡、数字量输入/输出卡（此部分可用PLC替代），通过对液压系统建模、仿真分析优化整定控制系统的控制参数，用高级语言编程实现控制算法，最终根据运动要求，控制程序求得控制输出后进模拟量输出卡，再由卡送电信号给控制阀，同时控制程序采集反馈信号，据此控制器求出控制输出量后送输出卡，接着阀根据卡送出的电信号将运动结果反映在液压执行机构的参数变化上，这样一个控制周期完成。经过多个控制周期系统实现用户要求的运动。此方法系统复杂、参数整定麻烦且程序可移植性差，劳动强度大，可靠性差。
3．电液同步控制系统的组成
电液同步系统原理图如图41所示，由图41可知，电液伺服同步系统采用一对比例换向阀控制伺服缸，液压缸内部装有磁致伸缩直线模拟式传感器用于实时检测液压缸的位移，反馈信号直接送HNC。HNC内部有滤波电路，可以对采集到的信号进行滤波处理，同时HNC根据要求的运动命令信号和反馈信号分析计算后求得系统的控制信号分别送给比例阀，同样阀可根据电信号强弱将运动结果反映在两液压缸的位移变化上，这样一个控制运动周期完成。经过多个控制周期后系统完成指定的运动。HNC有数字量输入/输出端口，程序能够根据输入端口的信号跳转到相应的子程序，这点类似PLC的输入/输出端口，数字端可以直接连接控制面板，方便易用。
本项目采用BOSCH比例阀0811404046，该阀有两种增益：在工作电压-6～6V是小增益，-10～-6V，6～10V是大增益。小增益能够提高系统在低速时的平稳性和同步精度，而大增益能够实现大流量控制，使液压缸快速同步接近工作点，节约行程时间，提高工作效率。试验数据表明该阀能够满足应用要求，效果很好。
4．系统调试及分析
同PC Based液压伺服系统不同，HNC控制系统只要少量几个参数即可以调试出一个近乎最优的控制系统。在系统稳定的前提下，只需知道系统最大流量，液压缸的有效作用面积和系统压力及外作用力，由此计算出液压缸的最大运动速度及加速度就可以编写程序了。在调试过程中应该留意的事项有：
1)将一对位移传感器零点和满量程点调整一致，这样能够保证液压缸的同步精度最大程度地接近传感器精度，方便调试。
2)液压缸的运动速度和加速度、减速度不能够超过理论最大运动速度和加减速度，否则会有意想不到的情况发生。
3) HNC带有PID运算性能，调试过程中P增益不宜调的太大，应由小慢慢往上加，否则会带来系统不稳定问题。
4)信号干扰和屏蔽是要重点考虑的问题之一。
5．小结
试验表明，液压缸从位移100mm同步运动到位移350mm过程中，同步误差小于0.5mm，稳态同步误差0.1mm左右，单缸稳态误差小于0.02mm。可见系统同步精度高，稳定误差小，动态同步效果好，能够满足大多数工程实际应用。