數(shù)字控制電液比例插裝流量閥非線性校正方法研究.pdf

1、比例閥通過電信號實(shí)現(xiàn)對壓力、流量的連續(xù)控制，電閉環(huán)控制的引入，提高了比例閥控制精度。采用比例閥作為先導(dǎo)級的Valvistor閥，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、通流能力大等優(yōu)點(diǎn)，其主閥流量輸出是先導(dǎo)閥流量的線性放大，在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。在實(shí)際應(yīng)用中，比例閥由于比例電磁鐵電磁力輸出線性度差、位移反饋檢測精度不高、閥口臺肩加工不對稱、比例閥死區(qū)較大、負(fù)載壓差變化等問題，存在較大的非線性，嚴(yán)重的影響比例閥性能。圍繞這些非線性問題，從控制電路、信號

2、處理及控制策略等方面進(jìn)行多層次的非線性校正研究，為提高比例流量閥控制精度提供先進(jìn)的理論和方法，對推動我國電液比例的技術(shù)進(jìn)步，提升產(chǎn)品的市場競爭力，具有實(shí)際的理論意義和經(jīng)濟(jì)價值。
　　電液比例控制閥是一個復(fù)雜的機(jī)電液元件，其驅(qū)動控制和調(diào)整易受外界干擾和內(nèi)部特性的耦合影響，尤其是結(jié)合了新型數(shù)字控制技術(shù)的電液比例系統(tǒng)具有了更大的柔性，也增加了系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜度。因此本文從傳感器反饋檢測電路、功率驅(qū)動電路、數(shù)字式非線性校正、信號處理、壓差補(bǔ)

3、償這幾個方面對提高比例流量閥的控制精度開展研究。
　　數(shù)字比例控制器的性能直接影響比例閥的輸出特性，目前電感位移傳感器檢測電路檢測精度和靈敏度不夠高，柔性小，通用性差。本文采用改進(jìn)型調(diào)制解調(diào)測量放大電路，搭建測量電路試驗(yàn)臺，采用三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行微小位移檢測，試驗(yàn)比對相敏檢波電路和改進(jìn)型調(diào)制解調(diào)測放電路的靜、動態(tài)特性，結(jié)果表明，改進(jìn)電路具有靈敏度高、遲滯小、線性度好、動態(tài)響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且可以同時用于兩線圈和三線圈的三線制差動電

4、感傳感器檢測。為了消除或減小由于線圈放電不完全造成的磁滯，采用改進(jìn)型H橋反接卸荷功率放大電路來實(shí)現(xiàn)線圈電流的快速衰減，并且在電路中設(shè)置超快恢復(fù)二極管RC緩沖電路來提高電路的穩(wěn)定性，利用Multisim進(jìn)行功放電路的仿真分析，所設(shè)計的功率放大級電路電流紋波小、響應(yīng)速度快，反接卸荷式極大提高了電流衰減速度。
　　針對比例閥存在的沖擊過度、小干擾擾動、零位死區(qū)、摩擦滯環(huán)以及比例電磁鐵存在的非恒力輸出、磁滯等問題，采用數(shù)字校正方法進(jìn)行非線

5、性校正，在數(shù)字控制器中設(shè)置各種軟件信號處理模塊來解決以上問題，主要包括:斜坡發(fā)生器、門檻電壓、零位補(bǔ)償、顫振信號、增益調(diào)節(jié)、線性度調(diào)節(jié)等。搭建比例閥數(shù)字非線性校正試驗(yàn)臺，采用ECON AVANT數(shù)字采集與信號分析儀進(jìn)行閥芯位移檢測，通過上位機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，檢測不同參數(shù)設(shè)置下，閥芯的位移輸出特性。試驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)字控制非線性校正可以改變閥芯的輸出特性，從而在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)負(fù)載工況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，以達(dá)到非線性校正的目的。采用數(shù)字式非線性校

6、正提高控制精度，降低了制造成本，且調(diào)試方便，通用性強(qiáng)。
　　工業(yè)應(yīng)用中控制精度和抗干擾能力一直制約Valvistor插裝比例流量閥發(fā)展，為了提高其控制精度，實(shí)現(xiàn)柔性控制，提出基于偏差判別的控制算法，系統(tǒng)在大偏差、大擾動時，采用模糊PID控制算法提高控制精度和穩(wěn)定性，開口較小時，采用不完全微分PID控制，避免系統(tǒng)振蕩。建立16通徑Valvistor插裝式比例流量閥的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)數(shù)學(xué)和仿真模型，對電閉環(huán)PID控制下的比例閥進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)、動

7、態(tài)及負(fù)載特性仿真分析，得到控制參數(shù)調(diào)整經(jīng)驗(yàn)值，分析主閥位移和流量輸出與先導(dǎo)閥之間的關(guān)系。利用Simulink建立先導(dǎo)閥傳遞函數(shù)仿真模型，比較PID控制與偏差判別控制的動態(tài)響應(yīng)特性，檢測先導(dǎo)閥的頻率響應(yīng)特性，仿真結(jié)果表明偏差判別控制精度更高，穩(wěn)定性更好，且具有良好的頻率響應(yīng)特性。
　　為了提高插裝比例調(diào)速閥流量輸出的抗負(fù)載干擾能力，采用基于先導(dǎo)壓差-位移的流量補(bǔ)償校正，進(jìn)行理論公式推導(dǎo)，得出壓差變化與輸入控制電壓信號的關(guān)系式，建立S