具有压力补偿器的比例流量阀开度控制算法研究

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1、2012年9月机床与液压Sep．2012第40卷第l8期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．40No．18DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．18．024具有压力补偿器的比例流量阀开度控制算法研究刘国平，于见雨，胡珞华，夏五星(南昌大学机电工程学院，江西南昌330031)摘要：比例流量阀的流量控制，其实质是对阀口开度的精确控制。对具有压力补偿器的比例流量阀建立稳态工况下的力学模型并进行实验分析，结果证明：电磁力需在两个特定阶段产生幅度较大的跳变，常规PID算法不能满足电磁力跳变要求。设计了微分先行PID算法，实验结果证明：该算法能够很好地满足电

2、磁力跳变的要求，实现了阀芯设定开度与实际开度间良好的线性关系。关键词：比例阀；压力补偿器；开度控制；电磁力跳变；微分先行PID算法中图分类号：TH137．52+2‘文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)18—079—3StudyonOpeningControlAlgorithmforProportionalValvethPressureCompensatorsLIUGuoping，YUJianyu，HURonghua，XIAWuxing(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanchangUniversity，Nanchan

3、gJiangxi330031，China)Abstract：Flowcontrolofproportionalvalveisprecisecontrolofopeninginessence．Themechanicalmodelofproportionalvalvewithpressurecompensatorsundersteady-stateconditionwasestablished，andexperimentalverificationWasdone．Theresultsprovethatelectromagneticforceneedstwomutations．SonormalPI

4、Dcontrolcan’tfulfilltherequirement．ThealgorithmofdifferentialfirstPIDWSE,designed．Itisprovedthatthisalgorithmcanfulfillthemutationofelectromagneticforcerequirement．Goodlinearrelationshipbe—tweensettingopeningandactualopeningisachieved．Keywords：Proportionalvalve；Pressurecompensator；Openingcontrol；Mu

5、tationofelectromagneticforce；DifferentialfirstPIDalgorithm电液比例控制技术具有控制精度高、调节方便等比例流量阀阀心一般由节流阀、弹簧组成，部分优点，相对电液伺服阀，具有较好的价格优势，目前含有压力补偿器。文中研究的比例流量阀由上述三在工业现场、重型机械等生产领域有较为广泛的应部分串联组成，阀芯结构原理如图1所示。用。电液比例控制技术的核心在闭环算法的设计、颤2建立阀芯运动过程力学模型振信号的叠加、死区控制等方面。作者在分析比例流文中仅分析阀芯稳态下的受力，忽略瞬态液动力量阀特性的基础上，建立了阀在不同开度下的数学模和出油口稳态液动力的

6、影响，主要分析电磁力、型，旨在设计具有优异控制性能的数字式电液比例控进油口稳态液动力、弹簧力、液压力(由阀制器。腔与压力补偿器端压差△p引起)作用。阀芯与压力1比例流量阀阀芯结构原理补偿器的受力简图如图2所示。弹簧力，x机械压力1B进油口卜阀口卜通流口4一电磁铁推杆5---节流阀6--阀腔7_阀芯弹簧弹簧力，_K稳态液动力。&-压力补偿器9_-节流口图2阀芯与压力补偿器受力简图Io__出油口设定P=0，在P作用下，阀芯存在4个典型状图l比例流量阀阀心结构原理图态(阀口关闭、卸的恒定和线性减小、压力补偿器收稿日期：2011—10—04作者简介：刘国平(1964一)，男，工学博士，教授，博士生导

7、师，主要从事机电智能控制系统、计算机视觉等方面的研究。E—mail：liuguoping．ncu@163．eom。·8O·机床与液压第40卷关闭)，将阀口开启过程分为4个阶段。弹簧稳态力学方程为：2．1阀芯死区段FK=K(+o+b)(8)所研究的比例流量阀可得阀芯电磁力力学方程：阀芯初始位于正遮盖状==卸

8、s+(—n)卸cos~p：詈(+。+％)态，死区大小为。，弹簧预压缩量为‰(总行(S+_『(—a)cos