由中國(guó)液壓氣動(dòng)密封件工業(yè)協(xié)會(huì)和漢諾威米蘭（中國(guó)）有限公司共同組織舉辦的2021 PTC ASIA展會(huì)，于2021年10月26日～29日在上海浦東新國(guó)際博覽中心成功舉辦。展會(huì)同期舉辦的“PTC ASIA 2021高新技術(shù)展區(qū)@國(guó)際技術(shù)交流報(bào)告會(huì)”再次成為展會(huì)重要技術(shù)內(nèi)涵和亮點(diǎn)，吸引了眾多嘉賓前來學(xué)習(xí)交流。

為了讓更多的同仁了解本屆國(guó)際技術(shù)報(bào)告會(huì)實(shí)況，《液壓氣動(dòng)與密封》雜志對(duì)專家的報(bào)告通過錄音進(jìn)行編輯整理，陸續(xù)發(fā)表在2022年《液壓氣動(dòng)與密封》雜志和微信平臺(tái)上（公眾號(hào)：chpsap-yqm），希望更多的讀者在學(xué)習(xí)中得到啟迪和收獲。敬請(qǐng)關(guān)注！

PTC ASIA 2022 高新技術(shù)展區(qū)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)報(bào)告（之三）

數(shù)字液壓為裝備智能化帶來的改變

——據(jù)北京億美博科技有限公司專家楊濤報(bào)告錄音整理

今天做一個(gè)“數(shù)字液壓為裝備智能化帶來改變的專題”分享。我學(xué)的專業(yè)不是液壓，可能會(huì)在專業(yè)術(shù)語等方面存在不足或錯(cuò)誤，只算是拋磚引玉，不算是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)交流。

如果將鋼鐵稱為工業(yè)的骨骼、人工智能是大腦，那么液壓就是工業(yè)的“肌肉”。肌肉的精準(zhǔn)可控并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，是簡(jiǎn)化控制難度、提升技術(shù)性能、降低綜合門檻、推動(dòng)裝備制造業(yè)邁入智能化發(fā)展的捷徑。工業(yè)4.0成為工業(yè)智能化發(fā)展的共識(shí)，大功率傳動(dòng)的數(shù)字化成為裝備智能化發(fā)展的關(guān)鍵。數(shù)字液壓提升了液壓傳動(dòng)的技術(shù)性能，使得相對(duì)電傳動(dòng)具有更大功率密度的液壓傳動(dòng)重新獲得了發(fā)展機(jī)遇，讓人工智能與工業(yè)裝備相結(jié)合，推動(dòng)大型裝備邁入智能化高質(zhì)量發(fā)展之路。我們通過數(shù)字液壓在冶金、能源、工程機(jī)械等行業(yè)的成功應(yīng)用和智能化案例，來介紹數(shù)字液壓為裝備智能化帶來的改變。 

液壓為何數(shù)字化？

首先提出一個(gè)問題：液壓為什么要數(shù)字化？液壓實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的目的是什么？?jī)H僅是為了控制還是為了提升性能？

在此我先給出一個(gè)自己認(rèn)知的答案，這個(gè)也是中國(guó)工程院前院長(zhǎng)周濟(jì)院士到億美博對(duì)數(shù)字液壓進(jìn)行調(diào)研時(shí)說過的一句話，他說：數(shù)字化并不是最終的目的，數(shù)字化是為信息化和智能化搭建的基礎(chǔ)。因此在我看，液壓數(shù)字化至少要實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面的改變：

第一是希望通過液壓數(shù)字化提升技術(shù)水平。我們知道不論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是我們國(guó)家，現(xiàn)有的液壓技術(shù)對(duì)于裝備制造業(yè)的發(fā)展形成嚴(yán)重阻礙，也就是所謂的“鎖喉之痛”。雖然美國(guó)波士頓動(dòng)力把機(jī)器人Atlas做得能跑能跳能夠后空翻、把四足大狗做得滿街跑，但世界上也僅有這么一家公司能夠做到，這是為什么？我的看法可能是不一定正確，我個(gè)人認(rèn)為液壓是關(guān)鍵瓶頸。電動(dòng)化相比液壓能夠做得更簡(jiǎn)單，我們看到小米狗、阿爾法狗、宇樹狗等國(guó)內(nèi)廠家的電動(dòng)四足機(jī)器人（狗）已經(jīng)滿街跑了，但是液壓大狗現(xiàn)在還很難跑起來，至少我們還沒有看到現(xiàn)實(shí)中的工業(yè)化產(chǎn)品。因此我個(gè)人認(rèn)為液壓作為傳動(dòng)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)，對(duì)整個(gè)裝備制造業(yè)來說是個(gè)瓶頸。因此我認(rèn)為液壓數(shù)字化第一重要的就是提升液壓的技術(shù)水平。

第二是希望通過數(shù)字化降低液壓應(yīng)用的門檻。美國(guó)波士頓動(dòng)力能把液壓大狗和Atlas機(jī)器人做好，它的技術(shù)團(tuán)隊(duì)大量來自美國(guó)麻省理工學(xué)院，以及液壓傳動(dòng)技術(shù)有美國(guó)MOOG支撐，所以波士頓動(dòng)力的機(jī)器人才能如此精湛。但是如此高級(jí)的傳動(dòng)及控制技術(shù)想要在工業(yè)領(lǐng)域中普及應(yīng)用是很難的，這也是目前液壓機(jī)器人并未大面積普及的根源。所以我們希望通過液壓數(shù)字化來降低液壓的應(yīng)用門檻，能夠讓所有人都會(huì)用，而且能夠用好。

第三是希望通過液壓數(shù)字化推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化、智能化發(fā)展。我想大家都認(rèn)同未來的工業(yè)發(fā)展一定會(huì)向自動(dòng)化、智能化方向邁進(jìn)。如果液壓不能夠滿足未來工業(yè)發(fā)展的需求就會(huì)被淘汰。這些年我們已經(jīng)看到電傳動(dòng)技術(shù)越來越多地取代液壓被廣泛應(yīng)用，我是學(xué)電的，父親是從事機(jī)械液壓專業(yè)的，我做電控最直接的感受就是它簡(jiǎn)單易用，但明顯的不足是其體積重量要比液壓大很多，換句話說就功率重量比較小。波士頓動(dòng)力機(jī)器人之所以能夠后空翻，而電動(dòng)機(jī)器人都很難跳起來，這個(gè)差別就是功率密度。我們知道液壓的功率密度大，所以他有足夠的爆發(fā)力，從而能夠跳的起來。液壓有更大的功率密度，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化的高精度控制，就能夠讓工業(yè)自動(dòng)化和智能化發(fā)揮效力，就能加速工業(yè)發(fā)展進(jìn)程。無論液壓是模擬還是數(shù)字化，其為方法而并非目的。正如中國(guó)工程院前院長(zhǎng)周濟(jì)院士所言，數(shù)字化不是目的，它是為裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化和智能化搭建的基礎(chǔ)。有了數(shù)字化精準(zhǔn)可控的液壓技術(shù)，大功率傳動(dòng)精準(zhǔn)受控了，自動(dòng)化水平才能提升，才能有利于信息化大數(shù)據(jù)云計(jì)算發(fā)揮效力，才能加速智能化落，地推動(dòng)工業(yè)4.0快速發(fā)展。

因此我個(gè)人認(rèn)為，無論何種方式的液壓數(shù)字化，都至少應(yīng)滿足上面這三個(gè)方面。

液壓數(shù)字化的二種不同方向

近些年，液壓數(shù)字化已經(jīng)成為國(guó)際國(guó)內(nèi)行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)和趨勢(shì)，多種多樣的液壓數(shù)字化技術(shù)不斷涌現(xiàn)。我們將其分為兩種類型的液壓數(shù)字化：液壓控制數(shù)字化；液壓特性數(shù)字化。

液壓控制數(shù)字化

我們先來看一下液壓控制的數(shù)字化。“數(shù)字閥的出現(xiàn)是液壓閥技術(shù)發(fā)展的最典型代表，其極大的提高了控制的靈活性，直接與計(jì)算機(jī)接口，無需D/A轉(zhuǎn)換元件，機(jī)械加工相對(duì)容易，成本低、功耗小，且對(duì)油液不敏感”。這句話出自于楊華勇院士的《數(shù)字液壓閥及其閥控系統(tǒng)發(fā)展和展望》。這里面列舉了目前大家普遍稱之為液壓數(shù)字化的一些元器件（見圖1），左側(cè)是采用PWM/PNM控制的液壓閥，被稱之為數(shù)字信號(hào)技術(shù)。右側(cè)叫做數(shù)字流量技術(shù)，包括數(shù)字控制的流量離散高速開關(guān)閥，另外就是按二進(jìn)制流量面積并聯(lián)組合的高速開關(guān)閥島，我們?cè)诖藢肞TC展會(huì)上看到有一些院校在做這方面的研究工作。

圖1 數(shù)字控制化的液壓元器件

這里我談一下個(gè)人看法。通過將液壓閥數(shù)字化，例如高速開關(guān)占空比調(diào)流，通過按2進(jìn)制通流面積多閥組合的DFCU等等，都是試圖通過數(shù)字化手段改善液壓閥的流量分辨率、精度、線性度、滯環(huán)等控制特性。但這些數(shù)字化手段雖然提升了液壓閥的局部性能（暫且認(rèn)為是這樣），但閥口壓降的變化、流體粘度變化、泄漏等外在因素的不確定，依然需要傳感器、控制算法軟件和參數(shù)的調(diào)整等，與復(fù)雜的伺服閥控系統(tǒng)并沒有太大區(qū)別。而被很多人看好的DFCU不僅體積重量失去了液壓相比電動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，在大權(quán)值流量閥開閉切換無法做到無縫銜接而導(dǎo)致壓力/流量的沖擊，也是值得關(guān)注和深入研究的難題。除此之外，不同溫度、不同壓力、不同負(fù)載、不同流體等，即便在相同的閥口面積下也并不能得到相同的流量，而不確定的流量就無法精準(zhǔn)地控制行程、速度和加速度，這樣的數(shù)字化帶來的好處是什么？不確定的流量是否可以稱為數(shù)字流量？因此我們將這樣的數(shù)字化技術(shù)稱為液壓控制的數(shù)字化。

液壓特性數(shù)字化

電信號(hào)的頻率對(duì)應(yīng)液壓作動(dòng)器的速度；電信號(hào)的數(shù)量對(duì)應(yīng)液壓作動(dòng)器的行程。不同溫度、不同壓力、不同負(fù)載、不同流體、甚至嚴(yán)重內(nèi)外泄漏情況下，只要能維持一個(gè)較小閥口壓降（低于伺服或比例閥），億美博數(shù)字液壓就實(shí)現(xiàn)足夠精度的數(shù)字化特性。

與上述液壓控制數(shù)字化不同的億美博數(shù)字液壓，注重的是液壓特性的數(shù)字化。我們定義的數(shù)字液壓是液壓作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)特性的數(shù)字化，因此在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中完全可以省略傳感器，僅用開環(huán)控制方式即可滿足大多數(shù)精度需求，加上傳感器，就可以構(gòu)成異構(gòu)冗余雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定性能，優(yōu)勢(shì)是其它系統(tǒng)難以匹敵的。正是由于液壓作動(dòng)器具有了精準(zhǔn)的數(shù)字化特性，不僅改變了液壓傳動(dòng)控制的方式，提升了液壓控制系統(tǒng)的性能，簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)構(gòu)成，提升了環(huán)境適應(yīng)能力等，它與計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)接口更加便捷，從而有利于信息化的大數(shù)據(jù)和云計(jì)算及人工智能技術(shù)落地在大功率傳動(dòng)控制領(lǐng)域。

近些年，億美博在數(shù)字液壓基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步將其網(wǎng)絡(luò)化與智能化（見圖2）。如：增加壓力、溫度、姿態(tài)、振動(dòng)等不同形式的傳感器；增加多種形式的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)接口；嵌入高性能計(jì)算芯片，增加大數(shù)據(jù)預(yù)處理和故障預(yù)測(cè)等能力，使得數(shù)字液壓更接近于信息技術(shù)爆炸式發(fā)展及工業(yè)4.0智能化發(fā)展的需要。

圖2 網(wǎng)絡(luò)智能化數(shù)字液壓缸

上面談了億美博數(shù)字液壓的特點(diǎn)和近些年的發(fā)展，那么億美博的數(shù)字液壓到底能夠做些什么，它能夠體現(xiàn)什么樣的技術(shù)特征呢？我用一段視頻展示典型的工程機(jī)械液壓油缸，通過億美博數(shù)字化升級(jí)后，推一個(gè)百分表，進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，精度優(yōu)于±5微米，體現(xiàn)出億美博數(shù)字液壓的特性。大家知道工程機(jī)械油缸的綜合性能并不高，但數(shù)字化后將它的特性提升，主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：

◆高頻響和高精度。我們通過數(shù)字液壓把頻響和精度大幅度提升，最近提的比較多的一個(gè)問題是數(shù)字液壓的頻響到底高還是不高？有一個(gè)確定的答案就是只有高頻響才能實(shí)現(xiàn)高精度，而通過上述視頻和大量應(yīng)用案例可以看到，數(shù)字液壓可以在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)±5微米的精度，這個(gè)精度相信絕大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)足夠高了，所以數(shù)字液壓的頻響夠不夠高先不用爭(zhēng)論，重點(diǎn)看實(shí)現(xiàn)的精度是否能夠滿足絕大多數(shù)的工業(yè)需求才更重要。

◆高一致性。大家都知道，數(shù)字電子技術(shù)相對(duì)于以前的模擬技術(shù)，最大的不同就是它的高一致性。不論誰家生產(chǎn)的數(shù)字元器件，其特性都是相同的，不會(huì)說這一批的產(chǎn)品與下一批的不一樣，在不同工況下使用也具有一致性。數(shù)字液壓也同樣具有這樣的一致性，即：電信號(hào)的頻率和數(shù)量對(duì)應(yīng)的就是數(shù)字液壓元器件的速度和位移，它的一致性非常好，因而降低了高精度液壓控制的難度。

◆高環(huán)境耐受能力。數(shù)字液壓能夠耐受-40℃～200℃的環(huán)境溫度，NAS9～11級(jí)清潔度就可以滿足±3微米的控制精度要求。尤其是在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用，高環(huán)境耐受能力是必不可少的，數(shù)字液壓在此具有更好的優(yōu)勢(shì)。

◆提高了可靠性、降低了綜合成本、降低維護(hù)難度，降低應(yīng)用難度。數(shù)字液壓系統(tǒng)由于系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，因而可靠性更容易獲得保障，同時(shí)也降低了設(shè)計(jì)和制造及系統(tǒng)成套的成本，更讓使用和維護(hù)簡(jiǎn)單化。

數(shù)字液壓缸早在2002年就被國(guó)家科技部列入十五科技攻關(guān)計(jì)劃，2003年通過了驗(yàn)收。2019年數(shù)字液壓系列技術(shù)進(jìn)一步得到了國(guó)家產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支持。億美博與國(guó)內(nèi)油缸/馬達(dá)企業(yè)合作，將現(xiàn)有產(chǎn)品通過數(shù)字化升級(jí)，使其具備精密可控的性能和極強(qiáng)的環(huán)境耐受能力，大大提升了油缸和馬達(dá)企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和盈利率，得到越來越多企業(yè)的支持并展開合作。液壓的數(shù)字化可以是多種多樣的，每一種技術(shù)和方法都有自身的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。在滿足液壓技術(shù)性能和水平的提升、降低液壓應(yīng)用門檻、推動(dòng)裝備信息化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展基礎(chǔ)上，哪種技術(shù)路徑讓產(chǎn)品和系統(tǒng)實(shí)施更廉價(jià)、可靠和易于批量制造及推廣應(yīng)用，哪種技術(shù)就更容易獲得市場(chǎng)接受和認(rèn)可。

在此我們感謝一直以來支持?jǐn)?shù)字液壓發(fā)展的行業(yè)協(xié)會(huì)、領(lǐng)導(dǎo)和專家及各行業(yè)的用戶們。下面我們列舉一些典型的數(shù)字化和智能化應(yīng)用案例，進(jìn)一步讓大家了解億美博數(shù)字液壓的特點(diǎn)。

數(shù)字液壓成功應(yīng)用和智能化案例

大型水電站數(shù)字液壓應(yīng)用

這個(gè)數(shù)字液壓應(yīng)用比較有代表性（見圖3），應(yīng)用是在世界第三大水電站——溪洛渡電站。圖片下面左邊是德國(guó)某著名液壓傳動(dòng)控制企業(yè)的伺服液壓系統(tǒng)圖，可見系統(tǒng)構(gòu)成非常復(fù)雜，不僅采用了液壓同步馬達(dá)提供初級(jí)同步性能，為進(jìn)一步提高特殊工況下的同步精度，又在后面串聯(lián)了伺服閥控系統(tǒng)，進(jìn)一步保證六臺(tái)液壓缸的同步運(yùn)動(dòng)精度。由于系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，調(diào)試和維護(hù)工作量都非常大。采用億美博數(shù)字液壓技術(shù)進(jìn)行升級(jí)替代，首先帶來的是技術(shù)性能大幅提升，第二安裝調(diào)試時(shí)間從2個(gè)月縮短到4小時(shí)，第三成本大幅度降低，第四免維護(hù)下已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行超過了7年，第五備品備件率從20%降了一個(gè)數(shù)量級(jí)。這些都是采用數(shù)字液壓帶來的突出改變。該應(yīng)用2017年通過了鑒定，鑒定結(jié)論是：國(guó)際先進(jìn)水平。通過這個(gè)典型案例我們可以看到，數(shù)字液壓大幅簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)構(gòu)成，提升了系統(tǒng)技術(shù)性能和可靠性，減少了維護(hù)和備品備件，綜合成本大幅降低。

圖3 世界第三大水電站國(guó)際先進(jìn)水平數(shù)字液壓應(yīng)用

硅鋼極薄帶數(shù)字液壓軋機(jī)厚度自動(dòng)控制

將不銹鋼軋制到20～30微米被稱為“手撕鋼”，引起高度關(guān)注。而將硬度更高更脆的硅鋼軋制到30微米，這樣的技術(shù)和產(chǎn)品國(guó)家長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，因而限制了我國(guó)高端裝備的發(fā)展。2016年我們利用數(shù)字液壓在硅鋼軋制厚度控制方面做了非常有益的探索，在后續(xù)全國(guó)產(chǎn)化軋機(jī)基礎(chǔ)上，不僅實(shí)現(xiàn)了30微米硅鋼極薄帶的批量穩(wěn)定生產(chǎn)，8000米的帶長(zhǎng)厚度誤差只有±2微米，這個(gè)指標(biāo)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界上最頂級(jí)的日本日金指標(biāo)（日金的指標(biāo)是50微米厚度，誤差+8/-10微米（見圖4））。

圖4 硅鋼極薄帶數(shù)字液壓軋機(jī)厚度自動(dòng)控制

對(duì)于硅鋼極薄帶的軋制，我們看一下采用數(shù)字液壓與傳統(tǒng)伺服液壓系統(tǒng)在控制方面帶來了什么樣的改變？我簡(jiǎn)單地畫了一個(gè)框圖（見圖5），上面是傳統(tǒng)的伺服液壓系統(tǒng)，有很多的前饋算法和技術(shù)參數(shù)及多級(jí)閉環(huán)反饋控制等。采用數(shù)字液壓后，大量的前饋模型及技術(shù)參數(shù)不再需要，僅需檢測(cè)帶鋼的厚度進(jìn)行閉環(huán)控制，大幅度簡(jiǎn)化了傳動(dòng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成。由于對(duì)算力的降低，所用的PLC從原來的S7-400降為S7-200，成本降低了數(shù)十倍。構(gòu)成的系統(tǒng)則從幾千萬降到了幾十萬，這是一個(gè)明顯的改變，而且它的使用難度、使用和維護(hù)成本大幅度下降。數(shù)字液壓升級(jí)替代傳統(tǒng)伺服閥控液壓系統(tǒng)，不僅提升了精度、簡(jiǎn)化了系統(tǒng)、增強(qiáng)了可靠性和環(huán)境耐受能力，還使控制系統(tǒng)軟硬件大幅簡(jiǎn)化，大大降低了綜合成本，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)產(chǎn)設(shè)備自主可控生產(chǎn)高端基礎(chǔ)材料。

圖5 硅鋼極薄帶伺服/數(shù)字液壓厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)比

旋挖鉆回轉(zhuǎn)數(shù)字液壓馬達(dá)及智能控制探索

再看我們?cè)诠こ虣C(jī)械領(lǐng)域做的一些數(shù)字化和智能化探索。圖6是三一旋挖鉆，我們將原來的回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)進(jìn)行了數(shù)字化升級(jí)并進(jìn)行了智能化控制的探索，帶來如下改變：

◆提升回轉(zhuǎn)一次停位精度

◆變工況智能優(yōu)化啟停特性

◆改善回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性

◆縮短液壓系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間

◆提升作業(yè)效率/降低能耗

◆一鍵智能快速回位/降低勞動(dòng)強(qiáng)度

圖6 旋挖鉆回轉(zhuǎn)馬達(dá)數(shù)字化及智能控制探索

旋挖鉆機(jī)回轉(zhuǎn)馬達(dá)通過數(shù)字液壓升級(jí)，在超大轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩工作狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)了高速一次停位精度優(yōu)于+/-0.2度，大幅提升了旋挖鉆成孔精度，提升了作業(yè)效率，降低能耗等的同時(shí)，控制系統(tǒng)可通過智能化算法，在不同回轉(zhuǎn)扭矩下，智能優(yōu)化回轉(zhuǎn)加減速曲線，降低慣性導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)受力引起的沖擊晃動(dòng)等。

起重機(jī)回轉(zhuǎn)數(shù)字液壓智能穩(wěn)鉤控制系統(tǒng)

起重機(jī)起吊重物回轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因動(dòng)勢(shì)能變化導(dǎo)致被吊物體晃動(dòng)。而晃動(dòng)帶來安全系數(shù)和作業(yè)效率的降低。行業(yè)內(nèi)一直謀求通過智能控制進(jìn)行晃動(dòng)補(bǔ)償控制，但由于被控回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)難以在精準(zhǔn)的時(shí)刻實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的角速度、角加速度和角位移等諸多調(diào)控要求，因而成為行業(yè)一直未能攻克的難題。數(shù)字液壓馬達(dá)升級(jí)回轉(zhuǎn)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)后，在提升液壓系統(tǒng)響應(yīng)速度，提升角位移、角速度和角加速度精度的前提下，通過對(duì)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、結(jié)構(gòu)和材料學(xué)等的深入研究，總結(jié)出一套先進(jìn)有效的多維感知智能控制算法，在不同吊臂長(zhǎng)度和不同變幅角度以及不同負(fù)載情況下，均實(shí)現(xiàn)了被吊物體在最高速回轉(zhuǎn)及停止時(shí)的穩(wěn)定控制（例如：吊纜長(zhǎng)22米時(shí)，額定載荷最大擺動(dòng)距離僅有±10cm），讓起重機(jī)具有了全新的競(jìng)爭(zhēng)力，也充分體現(xiàn)了數(shù)字液壓為人工智能技術(shù)落地裝備制造業(yè)帶來的巨大優(yōu)勢(shì)（見圖7）。

圖7 起重機(jī)回轉(zhuǎn)數(shù)字液壓智能穩(wěn)鉤控制系統(tǒng)

攤鋪機(jī)行走馬達(dá)數(shù)字化及智能控制探索

圖8左邊是數(shù)字化改造的攤鋪機(jī)。原行走液壓系統(tǒng)采用進(jìn)口閉式液壓系統(tǒng)并在高壓下工作，才能提供足夠的液壓剛度，滿足大多數(shù)回轉(zhuǎn)角度的運(yùn)行穩(wěn)定性需求。即便是這樣，在一些小半徑回轉(zhuǎn)時(shí)，由于兩側(cè)馬達(dá)速度差較大，低速運(yùn)轉(zhuǎn)的馬達(dá)會(huì)受到很強(qiáng)的反拖力而出現(xiàn)抖動(dòng)。數(shù)字液壓系統(tǒng)不僅可以用開式單國(guó)產(chǎn)液壓泵滿足雙數(shù)字液壓馬達(dá)精確的角速度和角位移運(yùn)轉(zhuǎn)需要，低速穩(wěn)定范圍大幅拓展，還可以實(shí)現(xiàn)任意角度的穩(wěn)定回轉(zhuǎn)。不僅如此，我們還將先進(jìn)的機(jī)器人控制技術(shù)及機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用在攤鋪機(jī)控制上，僅僅500元人民幣、一個(gè)月的時(shí)間、一個(gè)人的工作量，就實(shí)現(xiàn)了攤鋪機(jī)自動(dòng)巡線無人駕駛。視頻中的攤鋪機(jī)用一個(gè)工業(yè)攝像頭來識(shí)別地上的一條白線（模擬道路的邊界），就能讓攤鋪機(jī)更貼近路邊攤鋪而不發(fā)生碰撞，減少人工補(bǔ)攤的作業(yè)量。圖8下圖展示的是價(jià)格僅不足500元人民幣的控制系統(tǒng)及開源機(jī)器人控制系統(tǒng)（ROS，意思是機(jī)器人操作系統(tǒng)）。

圖8 攤鋪機(jī)行走馬達(dá)數(shù)字化及智能控制探索

我們現(xiàn)在正在用機(jī)器人控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)工程機(jī)械的控制。大家此時(shí)可能會(huì)有一個(gè)疑問——機(jī)器人控制系統(tǒng)能不能控制工程機(jī)械，或者說工程機(jī)械能不能用機(jī)器人控制系統(tǒng)控制？

我們換個(gè)角度想象一下，一臺(tái)挖掘機(jī)、起重機(jī)，不就是一個(gè)單臂作業(yè)的機(jī)器人嗎？只不過以前沒辦法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的、有效的、網(wǎng)絡(luò)化的控制，所以大家看它是一個(gè)“傻大黑粗”的設(shè)備，而如果它能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)協(xié)調(diào)和網(wǎng)絡(luò)化控制，工程機(jī)械不就是典型的機(jī)器人嗎？那么機(jī)器人控制系統(tǒng)未來一定能控制數(shù)字化的工程機(jī)械。

挖掘機(jī)用數(shù)字可編程功率敏感泵

數(shù)字液壓缸、數(shù)字液壓馬達(dá)已經(jīng)是成熟的產(chǎn)品，我們正在研發(fā)測(cè)試的數(shù)字可編程功率敏感泵（數(shù)字流量分配系統(tǒng)/DEFM+功率敏感調(diào)節(jié)）簡(jiǎn)稱數(shù)字泵（見圖9），為數(shù)字液壓挖掘機(jī)器人提供功率。由于從功率輸出單元，到各個(gè)執(zhí)行單元全部數(shù)字化，因而數(shù)字液壓挖掘機(jī)器人整機(jī)功率匹配更能夠體現(xiàn)精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)高效和節(jié)能的共存。它具有全時(shí)合流、動(dòng)作/速度協(xié)調(diào)控制、流量/功率抗飽和控制、主泵的流量壓力雙跟隨控制等。采用智能控制系統(tǒng)，可根據(jù)手柄操縱情況（操縱速度和加速度）、系統(tǒng)的壓力和流量、作業(yè)工況和工作模式，由ECU來自動(dòng)選擇和確定泵和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。數(shù)字液壓挖掘機(jī)器人還包括很多自動(dòng)化挖掘操作控制程序，例如：自適應(yīng)挖掘、電子圍欄、自動(dòng)修坡、自動(dòng)溝渠輔助、自動(dòng)平地、自動(dòng)土方統(tǒng)計(jì)、鏟斗水平自動(dòng)保持等。

圖9 數(shù)字可編程功率敏感泵

最后我們?cè)倩氐阶畛跆岢龅膯栴}：液壓為什么要數(shù)字化？液壓數(shù)字化我個(gè)人認(rèn)為要滿足以下3點(diǎn)：

◆提升液壓技術(shù)水平；

◆降低液壓應(yīng)用門檻；

◆推動(dòng)裝備實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化和智能化

以上是我們利用數(shù)字液壓結(jié)合先進(jìn)的智能控制技術(shù)，為裝備制造業(yè)智能化發(fā)展所做的點(diǎn)滴探索。無論什么樣的液壓技術(shù)路線，也無論什么樣的數(shù)字化方法，只有滿足但不限于上述三點(diǎn)，我想就能夠被更廣泛地接受，就能有更好的發(fā)展空間，它就是好技術(shù)。