淺談基于動閥套位移反饋的電液比例方向節(jié)流閥動態(tài)設計與仿真

1、淺談基于動閥套位移反饋的電液比例方向節(jié)流閥動態(tài)設計與仿真                                 作者：李根義 張金喜 魏興喬 張增猛 周華 論文 關鍵詞：比例方向節(jié)流閥 動態(tài)仿真 MA

2、TLAB 論文摘要：分析了一種基于動閥套位移反饋的兩級電液比例方向節(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方面，對該閿進行了動態(tài)特性仿真，提出了改進該閥動態(tài)性能的措施。 電液比例控制技術已逐漸 發(fā)展 為一種控制手段，充當了連接 現(xiàn)代 微 電子 技術和大功率控制對象之間的橋梁。電液比例閥也因其控制精度高、反應快的特點，在高精度的機電一體化系統(tǒng)、工程機械機載控制系統(tǒng)、大型艦船驅動系統(tǒng)、大型試驗設備中得到廣泛的應用。其中電液比例方向節(jié)流閥是一種按輸入電信號的正負、數(shù)值大小，實現(xiàn)液流方向控制和流量比例控制的電液比例閥。 1動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、閥閥體主要由先導閥動態(tài)阻尼、主閥以及反饋杠桿等組成。論文論文參考網(wǎng)其中先導閥為零開口四邊滑閥，其閥套設計成移動式閥套便于形成位移式反饋，主閥為負開口四邊滑閥，其原理簡圖如圖1所示。 該閥既可以用于開環(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；又因為其內(nèi)部為杠桿機械位移反饋，大大增強了閥的安全可靠性，非常適用于對可靠性要求很高，但對快速性要求不太高的場合。 當指令位移信號作用于先導閥時，先導閥閥芯移動，液控壓力通過先導閥口進入主閥兩端的液控敏感腔，進而控制主閥芯移動，帶動反饋杠桿移動，反饋杠桿再推動

4、先導閥動閥套向先導閥閥芯移動的同方向移動，進而關閉先導閥閥口，主閥閥芯穩(wěn)定在一定位置。 從自動控制角度來說，該比例方向節(jié)流閥是一個典型的位置控制機構，即通過反饋杠桿聯(lián)系主閥閥芯位移與先導閥閥芯相對位移(先導閥閥芯位移與先導閥動閥套位移差)，控制主閥與先導閥閥芯成比例地運動。顯然，該閥的性能取決于先導閥、主閥、杠桿、動態(tài)阻尼等元件的特性。 2數(shù)學模型的建立 數(shù)學模型是進行時域特性分析 計算 的基礎，參照圖1，建立該閥的數(shù)學模型。 21比例先導閥的流量方程 假設先導閥的4個節(jié)流窗口是匹配和對稱的；先導閥的進口壓力p，恒定，回油壓力為0則先導閥的負載流量方程為 q=K。(一d)一KP(1) 式中：為

5、先導閥的流量增益，K為先導閥的流量壓力系數(shù)，為先導閥的閥芯位移，為先導閥動閥套的反饋位移，P為先導閥的負載壓力。 22動態(tài)阻尼的流量方程 動態(tài)阻尼的流量方程為 式中：G為進油口阻尼的液導；G，：為回油口阻尼的液導。 23主閥流量連續(xù)性方程 假設先導閥與主閥的連接通道對稱且短而粗，通道中的壓力損失和通道動態(tài)可以忽略，主閥每個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)，為主閥液動力剛度，為主閥等效負載。 24杠桿的反饋方程 杠桿的位移反饋為 式中：F。為杠桿對動閥套驅動力，m為先導閥動閥套質(zhì)量，為先導閥粘性阻尼系數(shù)，為先導閥液動力剛度。 25主閥的流量方程主閥的負載流量方程為 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為主閥負載壓力。 3動、靜態(tài)性能仿真分析 31仿真框圖 根據(jù)以上數(shù)學模型，利用MATLABSimulink仿真軟件建立相應的仿真模型，對比例方向節(jié)流閥的動、靜態(tài)特性進行仿真。 對比例方向節(jié)流閥來說，與輸入信號成比例的輸出控制量不是流量，而是功率級閥芯的軸向位移，因為流量除

7、了與軸向位移(閥口開度)相關外，還受負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。仿真時間設置為1s，采用ode45求解器，仿真模式設置為變步長，容差為0001。 32性能分析 根據(jù)以上仿真框圖，設定單位斜坡和單位階躍兩種位移輸入信號，其對應的響瘟如圖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，滿行程相對誤差為25；由圖4可以看出，單位階躍輸入下，其上升時間為55 ms，動態(tài)響應曲線無波動。    先導級閥口由于存在動閥套位移閉環(huán)反饋，在主閥閥芯運動到指定位移處，其負載流量

8、、壓力接近零值，其對應的單位階躍響應曲線如圖5所示。 3. 3性能改進     根據(jù)以上性能分析曲線、數(shù)據(jù)以及考慮到該閥的機械結構，為提高該閥的響應速度，擬采用改變主閥液控敏感腔的承壓面積以及先導閥口的流量增益的措施。     減小承壓面積為原來的90%，其仿真效果如圖6所示。     增大先導閥口的流量增益為原來的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閥的流量增益，有助于提高該閥的動態(tài)響應，使上升時間減小，基本不影響其穩(wěn)定性。 4結論     通過數(shù)學模型的建立和仿真，得到了基于動閥套位移反饋的比例方向節(jié)流閥在指定位移指令信號輸入下的主閥芯位移、動閥套