脉冲数字流定义

流体系统在工作时，其中的工作介质是处于连续不断流动的状态，是一种模拟量的形式。因此，其中的信息不能直接为计算机所利用，这正是实现流体系统数字化控制的困难所在。为了使流体传动与控制技术能方便地与计算机技术相结合，最好的方法就是能把流体系统工作时的信息用数字形式进行表示、给定、获取并进行处理。

如果将按照通常方式工作的流体系统看作一个信息系统的话，则其工作过程就是包括压力和流量在内的功率流在系统中的循环。在一定工况下，这种功率流是稳恒的、连续的，我们称之为模拟式流动。这就是通常流体系统中工作介质的状况，很显然，其中不含有任何数字信息。

为了改变这一状况，使流体介质中能包含有数字信息，可以设想把模拟式的流体进行离散和量化，也就是把管道里流动着的连续流体离散为一段一段的小块，即流体脉冲序列。每个流体脉冲所具有的流体的量都彼此相等，称其为量化单位q(单位:毫升/每个脉冲)。为了便于对这些流体脉冲进行计数和控制,将每一个流体脉冲都附加上一个电子脉冲信号,相当于对每一个流体脉冲进行了编码。如此以来, 就将传统流体系统回路中工作介质的连续模拟式流动转变成为一种离散的、可计数的、可控的数字式流动，从而实现了对传统工作流体本身的A/D转换。这一新型的数字式流体就称为脉冲数字流。

脉冲数字流是一种复合型的数字式流体，其中的流体脉冲是实行驱动的功率信号，而电子脉冲是流体脉冲的编码信号，两者相互依存，合二而一，共生共用，缺一不可。当某一路或某几路的流体动力元件需要进行控制，在打开电磁换向阀输出流体脉冲的同时，与之相伴随的电脉冲信号也被输入到计算机中，供计算机进行计数、比较，运算等数字处理，并根据处理结果来决定是否实施对该流体动力元件的操作或控制。

脉冲数字流可用来控制各种流体动力元件，如泵、阀、油缸、油马达等，使它们成为数字式流体元件，进而由这些数字流体元件构成完全的数字流体系统。

如果已知脉冲数字流的量化单位为q，对应于每一个量化单位q的流体脉冲，流体执行机构移动的距离，即为对该机构的脉冲当量δ（单位：毫米/每个脉冲）,每一个电脉冲信号就代表对该机构执行一步操作。当需要对该机构进行控制时，先把对该机构调节部分要求的位移量换算为脉冲当量个数N，存于计算机中。通过计算机在执行程序时输出的数字信号D、即流体系统的工作状态字，控制各路电磁换向阀的切换，就可以满足数字化控制流体系统中被控对象的各种运动要求:如单个液压缸的运动、多缸同步或定比运动、多缸插补运动、多缸顺序运动、多缸互不干扰运动等等。

为了生成脉冲数字流，需要制备一个称之为电——流体脉冲发生器的装置，该装置由流体脉冲发生器和电脉冲发生器两个部分组成。它能在连续输入模拟式工作流体时，不断地输出一系列的流体脉冲，并同时相伴生成一系列相对应的TTL电平的矩形电子脉冲信号。

实现如此功能的结构方案有两种形式。一种是采用 活塞缸式的直线往复运动机构，一种是采用 凸轮转子式的连续回转运动机构。

就生成的脉冲数字流的形式来说，有单路单列形式的，有单路双列实现同步运动的， 有单路多列构成二进制代码形式的， 以及同时能生成多路的脉冲数字流发生装置。上文中的单路是指输出是单通道形式，也就是只有一条传输流体信号和数据的通路，在某一时刻，只能控制单个被控对象；而多路是指具备多个输出流体信号和数据的通路，在某一时刻，能同时控制多个工作对象，并使这些被控对象以并行方式同步或异步地进行工作。

随着计算机技术的日益发展和普及应用，采用计算机对流体元件及流体动力系统进行实时数字控制是流体技术发展的一个重要趋势。在现时情况下, 流体系统数字化控制使用的方法有:对伺服阀和比例阀的电信号进行D/A转换方法、脉冲调制方式、 数字增量控制方式、直接位置传感器方式等几种。这些方式的中间环节多，结构复杂，计算机的数字信号和流体系统中被控工作参数(如压力、流量、位移等)之间的对应关系不直接，不便于普及应用。

由脉冲数字流直接驱动、控制的流体动力元件或其调控机构，实现的是步进式运动，其呈现的效果与步进电机相类似，故可称之为步进液动机。步进液动机作为一种脉冲式驱动装置，可用于开环数控系统，也可构成闭环数控系统。因此，它为流体传动与控制、自动化技术与装备、机电一体化技术及计算机控制与应用等领域提供了一种新的数字化驱动与控制技术。

脉冲数字流方法是对传统的模拟式流体进行A/D转换，使之变成离散意义下的流体。而以离散形式表示信息及处理这些信息正是所有数字系统的基础。脉冲数字流中包含的电脉冲信号，使流体系统本身有了自己的时钟信号源，不但可以为系统的各种控制动作提供时间基准，而且还可以为这些动作的控制量进行计数，这对流体传动与控制技术来说，无疑是一个革命性的变化。

总而言之,脉冲数字流方法在实现流体系统的数字化控制时，的确与流体技术领域现有的数字化方法不同。它使系统回路中流动着的工作流体同时包含了数字信息、流量传输和压力作用三方面的内容。这样一来，在流体系统回路中的工作介质，不但是一个功率流，同时也是一个数字信息流。

鉴于流体传动与控制技术在工业、农业、交通运输、国防建设等各个领域应用的广泛性，采用这种新的方法去研究解决流体动力系统的数字化问题，不仅对流体传动与控制技术本身，进而对科学技术的诸多领域，都将会产生具有非常意义的影响。

由脉冲数字流驱动的流体动力元件，作为步进液动装置，给脉冲增量式的驱动方法增添了新的技术手段。如将步进液动机、步进电机统合在一起使用，将使机、电、液一体化技术，在真正完全的数字条件下得到更好地结合和发展。

长期以来，人们强调和注意的都是流体系统的功率传输能力，而忽视了信息概念在流体技术中的开发和利用。通过脉冲数字流技术的实践和应用，希望能建立和发展流体技术中的信息理论，把流体传动与控制技术的水平，提升到一个新的高度。

最后，还要特别指出的是：脉冲数字流技术不仅可用作数字化的驱动和控制手段，且由于本身所具有的对工作介质的离散和量化作用，它又可以作为液体介质的一种数字化计量装置，用作轻工、化工、食品、制药等诸多行业中的计量灌装实施方案。

脉冲数字流技术与流体系统中现有应用的脉冲调制方法是否一回事呢？关于此一问题现说明如下：

脉冲调制方式是通讯信号理论中的调制解调方法在流体技术中的应用和扩展，它是对流体系统中操纵液压阀的电信号所实施的调制作用，包括脉宽调制（PWM）、脉幅调制（PAM）、脉频调制（PFM）、脉数调制（PNM）和脉码调制（PCM）等五种形式，其中以脉宽调制和脉码调制两种形式的应用居多。该种方式的工作原理是：将计算机发出的数字信号通过调制器(调制器可以由电路或软件实现)按要求的调制方式生成相应的电的调制脉冲信号，再籍助于高速开关阀的通、断动作，生成间断的脉冲流体，从而实现控制平均流量输出的目的。此处的流体控制阀和系统中的动力执行机构起着通信系统中的解调器的作用。

现以流体脉宽调制（PWM）的方法为例就可以看出，脉宽调制信号是具有恒定频率和幅值，只是脉宽时间tw不同的电脉冲信号。脉宽时间对采样周期T的比为占空比，它的大小表征该采样时刻控制信号的幅值。用此脉宽信号来控制高速开关阀的通、断时间，则每个采样周期里，在流体回路中便得到数量多少不等的流体脉冲。如果整个采样周期开关阀全部打开时通过的流量为qn，则经过脉宽调制后，每个采样周期的平均流量如左式所示，它与控制信号的大小相对应，从而实现了对平均输出流量的控制。这里的平均输出流量是模拟式的，其本身不含有数字信息，它是由流体系统回路和动力执行机构所具有的低通滤波特性，将非线性元件——开关阀的输出平均化，从而完成把脉宽调制信号转换为反映控制规律的流体信号的解调功能。

而脉冲数字流中的流体脉冲则是接连不断且彼此的量都全部相等，每一个流体脉冲的量也是确定的并伴有一个作为编码的电子脉冲。很显然，脉冲数字流的这一性质和流体脉冲调制技术中的脉冲流体是截然不同的。

用数字序列调制脉冲载波的幅度。可得到脉冲幅度调制信号PAM（Pulse Amplitude Modulation ）。是属于数字脉冲调制的一种，其他两种是：PPM（Pulse Position Modulation），调制脉冲载波的位置；PWM（Pulse Width Modulation），调制脉冲载波的宽度。

PAM调制即是脉冲幅度调制。所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。如果脉冲载波是由脉冲激脉冲组成的，根据抽样定理，就可以把信号复原，就是脉冲振幅调制的原理。用调制信号控制脉冲序列的幅度，使脉冲幅度在其平均值上下随调制信号的瞬时值变化。

话机发出的直流脉冲信号是代表被叫用户号码的数字信号，交换机接收后可控制选接被叫用户，其参数必须符合技术指标，才能准确地接通电话，因此对直流脉冲信号的参数进行测试十分必要。

运用弱可压缩流体理论，提出了“脉冲液体活塞效应”新概念，建立了脉冲液体射流泵装置的设计理论，及非定常射流泵装置性能计算理论。对脉冲射流泵进行了试验研究。研制了新型高效率脉冲液体射流泵，其传能效率平均提高了约45%。在机理上突破了液体射流泵装置传能效率低，这一国内外难题。脉冲液体射流泵装置的研制成果，打破了西方发达国家在敏感的核燃料处理输送方面的技术龚断，具有重要的应用价值。本课题研究成果具有重要的学术意义，并在动力、航空、化工、采油等工业领域具有广泛的应用前景。