淺談基于動(dòng)閥套位移反饋的電液比例方向節(jié)流閥動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與仿真

1、淺談基于動(dòng)閥套位移反饋的電液比例方向節(jié)流閥動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與仿真                                 作者：李根義 張金喜 魏興喬 張?jiān)雒?#160;周華 論文 關(guān)鍵詞：比例方向節(jié)流閥 動(dòng)態(tài)仿真 MA

2、TLAB 論文摘要：分析了一種基于動(dòng)閥套位移反饋的兩級(jí)電液比例方向節(jié)流閥的工作原理，建立r該閥的線性化模型，從穩(wěn)態(tài)誤差以及快速性兩個(gè)方面，對(duì)該閿進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性仿真，提出了改進(jìn)該閥動(dòng)態(tài)性能的措施。 電液比例控制技術(shù)已逐漸 發(fā)展 為一種控制手段，充當(dāng)了連接 現(xiàn)代 微 電子 技術(shù)和大功率控制對(duì)象之間的橋梁。電液比例閥也因其控制精度高、反應(yīng)快的特點(diǎn)，在高精度的機(jī)電一體化系統(tǒng)、工程機(jī)械機(jī)載控制系統(tǒng)、大型艦船驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、大型試驗(yàn)設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。其中電液比例方向節(jié)流閥是一種按輸入電信號(hào)的正負(fù)、數(shù)值大小，實(shí)現(xiàn)液流方向控制和流量比例控制的電液比例閥。 1動(dòng)閥套位移反饋比例方向節(jié)流閥工作原理 電液比例方向節(jié)流

3、閥閥體主要由先導(dǎo)閥動(dòng)態(tài)阻尼、主閥以及反饋杠桿等組成。論文論文參考網(wǎng)其中先導(dǎo)閥為零開(kāi)口四邊滑閥，其閥套設(shè)計(jì)成移動(dòng)式閥套便于形成位移式反饋，主閥為負(fù)開(kāi)口四邊滑閥，其原理簡(jiǎn)圖如圖1所示。 該閥既可以用于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，也可以與帶位移反饋的單活塞缸組成位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，但必須利用階躍信號(hào)快速穿越零位死區(qū)；由于其主閥帶有零位死區(qū)，可以保證中位的可靠鎖定；又因?yàn)槠鋬?nèi)部為杠桿機(jī)械位移反饋，大大增強(qiáng)了閥的安全可靠性，非常適用于對(duì)可靠性要求很高，但對(duì)快速性要求不太高的場(chǎng)合。 當(dāng)指令位移信號(hào)作用于先導(dǎo)閥時(shí)，先導(dǎo)閥閥芯移動(dòng)，液控壓力通過(guò)先導(dǎo)閥口進(jìn)入主閥兩端的液控敏感腔，進(jìn)而控制主閥芯移動(dòng)，帶動(dòng)反饋杠桿移動(dòng)，反饋杠桿再推動(dòng)

4、先導(dǎo)閥動(dòng)閥套向先導(dǎo)閥閥芯移動(dòng)的同方向移動(dòng)，進(jìn)而關(guān)閉先導(dǎo)閥閥口，主閥閥芯穩(wěn)定在一定位置。 從自動(dòng)控制角度來(lái)說(shuō)，該比例方向節(jié)流閥是一個(gè)典型的位置控制機(jī)構(gòu)，即通過(guò)反饋杠桿聯(lián)系主閥閥芯位移與先導(dǎo)閥閥芯相對(duì)位移(先導(dǎo)閥閥芯位移與先導(dǎo)閥動(dòng)閥套位移差)，控制主閥與先導(dǎo)閥閥芯成比例地運(yùn)動(dòng)。顯然，該閥的性能取決于先導(dǎo)閥、主閥、杠桿、動(dòng)態(tài)阻尼等元件的特性。 2數(shù)學(xué)模型的建立 數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行時(shí)域特性分析 計(jì)算 的基礎(chǔ)，參照?qǐng)D1，建立該閥的數(shù)學(xué)模型。 21比例先導(dǎo)閥的流量方程 假設(shè)先導(dǎo)閥的4個(gè)節(jié)流窗口是匹配和對(duì)稱(chēng)的；先導(dǎo)閥的進(jìn)口壓力p，恒定，回油壓力為0則先導(dǎo)閥的負(fù)載流量方程為 q=K。(一d)一KP(1) 式中：為

5、先導(dǎo)閥的流量增益，K為先導(dǎo)閥的流量壓力系數(shù)，為先導(dǎo)閥的閥芯位移，為先導(dǎo)閥動(dòng)閥套的反饋位移，P為先導(dǎo)閥的負(fù)載壓力。 22動(dòng)態(tài)阻尼的流量方程 動(dòng)態(tài)阻尼的流量方程為 式中：G為進(jìn)油口阻尼的液導(dǎo)；G，：為回油口阻尼的液導(dǎo)。 23主閥流量連續(xù)性方程 假設(shè)先導(dǎo)閥與主閥的連接通道對(duì)稱(chēng)且短而粗，通道中的壓力損失和通道動(dòng)態(tài)可以忽略，主閥每個(gè)液控敏感腔的壓力處處相等，油溫和體積彈性模量為常數(shù)，則流入、流出主閥液控敏感腔的流量為 式中：為主閥液控敏感腔的承壓面積，：為主閥芯位移，、為主閥液控敏感腔動(dòng)態(tài)容腔體積，P p為主閥液控敏感腔壓力，p為主閥液控敏感腔油液及腔壁有效體積彈性模量，m為主閥閥芯等效質(zhì)量，

6、為主閥等效粘性阻尼系數(shù)，為主閥液動(dòng)力剛度，為主閥等效負(fù)載。 24杠桿的反饋方程 杠桿的位移反饋為 式中：F。為杠桿對(duì)動(dòng)閥套驅(qū)動(dòng)力，m為先導(dǎo)閥動(dòng)閥套質(zhì)量，為先導(dǎo)閥粘性阻尼系數(shù)，為先導(dǎo)閥液動(dòng)力剛度。 25主閥的流量方程主閥的負(fù)載流量方程為 式中：c為主閥各節(jié)流口的流量系數(shù)，為主閥各節(jié)流口的面積梯度，p為供油壓力，為主閥零位死區(qū)，p為主閥負(fù)載壓力。 3動(dòng)、靜態(tài)性能仿真分析 31仿真框圖 根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型，利用MATLABSimulink仿真軟件建立相應(yīng)的仿真模型，對(duì)比例方向節(jié)流閥的動(dòng)、靜態(tài)特性進(jìn)行仿真。 對(duì)比例方向節(jié)流閥來(lái)說(shuō)，與輸入信號(hào)成比例的輸出控制量不是流量，而是功率級(jí)閥芯的軸向位移，因?yàn)榱髁砍?/p>

7、了與軸向位移(閥口開(kāi)度)相關(guān)外，還受負(fù)載壓力和供油壓力變化的影響。 該閥在Simulink中的仿真框圖如圖2所示。仿真時(shí)間設(shè)置為1s，采用ode45求解器，仿真模式設(shè)置為變步長(zhǎng)，容差為0001。 32性能分析 根據(jù)以上仿真框圖，設(shè)定單位斜坡和單位階躍兩種位移輸入信號(hào)，其對(duì)應(yīng)的響瘟如圖3、4所示。 從圖3可以看出，單位斜坡輸入下的主閥芯位移的靜態(tài)跟隨誤差為025mm，滿行程相對(duì)誤差為25；由圖4可以看出，單位階躍輸入下，其上升時(shí)間為55 ms，動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線無(wú)波動(dòng)。    先導(dǎo)級(jí)閥口由于存在動(dòng)閥套位移閉環(huán)反饋，在主閥閥芯運(yùn)動(dòng)到指定位移處，其負(fù)載流量

8、、壓力接近零值，其對(duì)應(yīng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖5所示。 3. 3性能改進(jìn)     根據(jù)以上性能分析曲線、數(shù)據(jù)以及考慮到該閥的機(jī)械結(jié)構(gòu)，為提高該閥的響應(yīng)速度，擬采用改變主閥液控敏感腔的承壓面積以及先導(dǎo)閥口的流量增益的措施。     減小承壓面積為原來(lái)的90%，其仿真效果如圖6所示。     增大先導(dǎo)閥口的流量增益為原來(lái)的120%，其仿真效果如圖7所示。     從圖6, 7可以看出，減小主閥液控敏感腔的面積以及增大先導(dǎo)閥的流量增益，有助于提高該閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，使上升時(shí)間減小，基本不影響其穩(wěn)定性。 4結(jié)論     通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立和仿真，得到了基于動(dòng)閥套位移反饋的比例方向節(jié)流閥在指定位移指令信號(hào)輸入下的主閥芯位移、動(dòng)閥套