数字控制电液比例插装流量阀非线性校正方法研究

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2、原理工大学—Ｉ？叶．＇＇－．１■太原理工大学博士研究生学位论文II太原理工大学博士研究生学位论文数字控制电液比例插装流量阀非线性校正方法研究摘要比例阀通过电信号实现对压力、流量的连续控制，电闭环控制的引入，提高了比例阀控制精度。采用比例阀作为先导级的Valvistor阀，具有结构简单、成本低、通流能力大等优点，其主阀流量输出是先导阀流量的线性放大，在工业领域中应用非常广泛。在实际应用中，比例阀由于比例电磁铁电磁力输出线性度差、位移反馈检测精度不高、阀口台肩加工不对称、比例阀死区较大、负载压差变化等问题，存在较大的非线性，严重的影响比例阀性能。

3、围绕这些非线性问题，从控制电路、信号处理及控制策略等方面进行多层次的非线性校正研究，为提高比例流量阀控制精度提供先进的理论和方法，对推动我国电液比例的技术进步，提升产品的市场竞争力，具有实际的理论意义和经济价值。电液比例控制阀是一个复杂的机电液元件，其驱动控制和调整易受外界干扰和内部特性的耦合影响，尤其是结合了新型数字控制技术的电液比例系统具有了更大的柔性，也增加了系统开发的复杂度。因此本文从传感器反馈检测电路、功率驱动电路、数字式非线性校正、信号处理、压差补偿这几个方面对提高比例流量阀的控制精度开展研究。数字比例控制器的性能直接影响比例阀的输出特性，目前电感位移传感器

4、检测电路检测精度和灵敏度不够高，柔性小，通用性差。本文采用改进型调制解调测量放大电路，搭建测量电路试验台，采用三坐标测量仪进行微小位移检测，试验比对相敏检波电路和改进型调制解调测放电路的I太原理工大学博士研究生学位论文静、动态特性，结果表明，改进电路具有灵敏度高、迟滞小、线性度好、动态响应速度快等优点，而且可以同时用于两线圈和三线圈的三线制差动电感传感器检测。为了消除或减小由于线圈放电不完全造成的磁滞，采用改进型H桥反接卸荷功率放大电路来实现线圈电流的快速衰减，并且在电路中设置超快恢复二极管RC缓冲电路来提高电路的稳定性，利用Multisim进行功放电路的仿真分析，所设

5、计的功率放大级电路电流纹波小、响应速度快，反接卸荷式极大提高了电流衰减速度。针对比例阀存在的冲击过度、小干扰扰动、零位死区、摩擦滞环以及比例电磁铁存在的非恒力输出、磁滞等问题，采用数字校正方法进行非线性校正，在数字控制器中设置各种软件信号处理模块来解决以上问题，主要包括：斜坡发生器、门槛电压、零位补偿、颤振信号、增益调节、线性度调节等。搭建比例阀数字非线性校正试验台，采用ECONAVANT数字采集与信号分析仪进行阀芯位移检测，通过上位机进行参数设置，检测不同参数设置下，阀芯的位移输出特性。试验结果表明，数字控制非线性校正可以改变阀芯的输出特性，从而在实际应用中可以根据负

6、载工况进行参数调整，以达到非线性校正的目的。采用数字式非线性校正提高控制精度，降低了制造成本，且调试方便，通用性强。工业应用中控制精度和抗干扰能力一直制约Valvistor插装比例流量阀发展，为了提高其控制精度，实现柔性控制，提出基于偏差判别的控制算法，系统在大偏差、大扰动时，采用模糊PID控制算法提高控制精度和稳定性，开口较小时，采用不完全微分PID控制，避免系统振荡。建立16通径Valvistor插装式比例流量阀的稳态、动态数学和仿真模型，对电II太原理工大学博士研究生学位论文闭环PID控制下的比例阀进行了稳态、动态及负载特性仿真分析，得到控制参数调整经验值，分析主

7、阀位移和流量输出与先导阀之间的关系。利用Simulink建立先导阀传递函数仿真模型，比较PID控制与偏差判别控制的动态响应特性，检测先导阀的频率响应特性，仿真结果表明偏差判别控制精度更高，稳定性更好，且具有良好的频率响应特性。为了提高插装比例调速阀流量输出的抗负载干扰能力，采用基于先导压差-位移的流量补偿校正，进行理论公式推导，得出压差变化与输入控制电压信号的关系式，建立SimulationX先导阀压差-位移补偿型Valvistor插装比例调速阀的仿真模型，搭建结合dSPACE的半实物仿真试验平台，利用试验台对Valvistor插装流量阀