Las válvulas hidráulicas proporcionales se utilizan ampliamente en maquinaria móvil para controlar funciones como:
Plumas y brazos
Sistemas de dirección
Mecanismos de elevación
Motores hidráulicos
Implementos
Una forma habitual de controlar estas válvulas es mediante PWM (Pulse Width Modulation).
Sin embargo, existen diferentes métodos de control. Dos de los más comunes son el PWM por ciclo de trabajo (Duty Cycle) y el PWM con control de corriente.
Aunque ambos utilizan PWM, la forma en que controlan la bobina de la válvula es diferente.
Una válvula proporcional utiliza una bobina electromagnética para controlar la posición de la válvula y, por tanto, el caudal o la presión hidráulica.
El controlador puede regular la energía aplicada a la bobina mediante PWM.
Por ejemplo:
25 % Duty Cycle
50 % Duty Cycle
75 % Duty Cycle
En general, al aumentar el Duty Cycle aumenta la corriente media aplicada a la bobina.
Sin embargo, la corriente real también puede verse afectada por:
Tensión de alimentación
Resistencia de la bobina
Temperatura
Cableado y conectores
Por esta razón, el mismo Duty Cycle no siempre produce exactamente la misma corriente.
En el control PWM convencional, el controlador establece directamente un porcentaje de Duty Cycle.
Joystick
↓
Controlador
↓
PWM Duty Cycle
↓
Válvula proporcional
Por ejemplo, una posición determinada del joystick puede corresponder a una salida PWM del 50 %.
Este método es relativamente sencillo y puede ser suficiente para muchas funciones hidráulicas.
Sin embargo, el controlador está regulando principalmente el Duty Cycle, no directamente la corriente real de la bobina.
La corriente eléctrica depende de la tensión y de la resistencia.
De forma simplificada:
I = V / R
Cuando una bobina se calienta durante el funcionamiento, su resistencia puede cambiar.
La tensión de alimentación de una máquina también puede variar debido al sistema eléctrico, la batería o el alternador.
Por lo tanto:
Mismo Duty Cycle
↓
Diferente tensión / resistencia
↓
Diferente corriente de bobina
↓
Posible cambio en la respuesta de la válvula
Esto puede influir en la repetibilidad del control hidráulico.
El control de corriente utiliza realimentación para regular la corriente real que circula por la bobina.
En lugar de ordenar únicamente un porcentaje PWM, el sistema puede trabajar con una corriente objetivo.
Corriente objetivo
↓
Controlador
↓
Salida PWM
↓
Bobina de la válvula
↓
Medición de corriente
└────→ Realimentación
El controlador ajusta el PWM para mantener la corriente lo más cerca posible del valor objetivo.
Esto se conoce como control de corriente en lazo cerrado.
| Característica | PWM por Duty Cycle | PWM con Control de Corriente |
|---|---|---|
| Variable principal | % Duty Cycle | Corriente objetivo |
| Realimentación de corriente | Normalmente no | Sí |
| Compensación de tensión | Limitada | Mejor |
| Compensación por cambios de resistencia | Limitada | Mejor |
| Complejidad | Menor | Mayor |
| Consistencia del control | Depende más de las condiciones eléctricas | Más estable |
La elección depende de los requisitos de la válvula, del sistema hidráulico y de las capacidades del controlador.
En una válvula proporcional, la corriente de la bobina está directamente relacionada con la fuerza electromagnética generada.
La cadena de control puede representarse así:
Comando del controlador
↓
Corriente de la bobina
↓
Fuerza electromagnética
↓
Movimiento de la válvula
↓
Caudal / Presión hidráulica
Por esta razón, controlar la corriente puede proporcionar una respuesta más consistente cuando las condiciones eléctricas cambian.
En un sistema basado en Duty Cycle:
Joystick
↓
50 % PWM
↓
Válvula
↓
Movimiento de la pluma
En un sistema con control de corriente:
Joystick
↓
Corriente objetivo: 800 mA
↓
Controlador
↓
Regulación PWM
↓
Válvula
El segundo sistema intenta mantener la corriente objetivo incluso cuando cambian determinadas condiciones eléctricas.
El control de una válvula proporcional no depende únicamente del Duty Cycle o de la corriente.
También pueden ser importantes:
Corriente mínima
Corriente máxima
Frecuencia PWM
Rampas de aceleración y desaceleración
Diagnóstico eléctrico de la salida
Estos parámetros deben configurarse de acuerdo con las especificaciones de la válvula y los requisitos de funcionamiento de la máquina.
El PWM por Duty Cycle puede ser adecuado cuando:
La función hidráulica es relativamente sencilla
Se acepta cierta variación en la respuesta
No se necesita una regulación precisa de corriente
El PWM con control de corriente puede resultar más adecuado cuando:
Se necesita una respuesta más consistente
La tensión de alimentación puede variar
La temperatura de la bobina cambia significativamente
La repetibilidad del movimiento es importante
El fabricante de la válvula especifica valores de corriente
La decisión final debe basarse en las características de la válvula, el sistema hidráulico y las capacidades disponibles del controlador.
El control de las válvulas puede formar parte de una arquitectura más amplia:
Joystick / Sensores
↓
Controlador móvil
/ \
PWM CAN
↓ ↓
Válvulas HMI / ECU /
hidráulicas E/S remotas
De esta forma, el controlador puede combinar las órdenes del operador, el control hidráulico y la comunicación CAN dentro del mismo sistema.
Tanto el PWM por Duty Cycle como el PWM con control de corriente pueden utilizarse para controlar válvulas hidráulicas proporcionales.
La diferencia principal es que el PWM por Duty Cycle controla el porcentaje de activación de la salida, mientras que el control de corriente intenta regular directamente la corriente real de la bobina.
Como el mismo Duty Cycle no siempre produce exactamente la misma corriente, la selección del método adecuado debe considerar las especificaciones de la válvula, las condiciones eléctricas de la máquina y los requisitos de precisión y repetibilidad del sistema hidráulico.
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