传统的工控机控制系统具有成本高、功耗高、体积大、操作复杂等特点,针对这些问题,提出了一种基于嵌入式技术的比例方向阀控气缸位置伺服控制方法。首先,分析了气动位置伺服控制器的实际需求,设计了控制器的最小系统、主控板、模数扩展板和数模扩展板的硬件电路;然后,在集成开发环境Keil MDK下,使用C语言进行了嵌入式软件编写,在跨平台嵌入式软件编程环境Qt下,使用Visual C++语言进行了上位机软件编写;最后,为了验证气动位置伺服控制器的有效性,搭建了比例方向阀控气缸位置伺服控制实验平台,利用所开发的嵌入式气动位置伺服控制器,分别进行了气缸的定位控制和轨迹跟踪实验。实验结果表明:该伺服控制器能够简单、有效地实现气缸位置控制的目的,在跟踪频率为0.5 Hz的参考轨迹时,轨迹跟踪最大误差约为4.6 mm;在跟踪频率为0.25 Hz的参考轨迹时,轨迹

针对AM-50型号掘进机的液压控制系统,基于该掘进机的主要组成部分以及优缺点,在对其原有液压系统进行分析的基础上,提出了利用电液比例节流进行调速。通过对该掘进机液压控制系统的分析研究,为掘进机自动化水平的提升提出新思路。

为解决比例方向阀死区引起的流量非线性等问题,常常采用智能控制算法和死区补偿相结合的方法,这些方法往往都依赖于阀芯位移传感器和精确的比例方向阀模型,而对于无位移传感器的比例方向阀则无法应用,因此针对无位移传感器的比例方向阀,设计了能够不依赖位移传感器而进行死区补偿的双线性插值补偿策略。自研发的控制器采集压力传感器获取的进、出口压力值和输入电压值,进行双线性插值计算后输出校正后的电压值,以校正后的电压值代替输入电压值调节比例方向阀阀口开度以补偿死区,从而解决由死区引起的流量非线性等问题。试验结果表明,该死区补偿方法,可有效地减小无位移传感器比例方向阀的死区和滞环。

适用于液压支架的比例方向阀代替现有的开关型方向阀,是液压支架智能化的重要组成部分。提出了一款适用于液压支架系统的比例方向阀方案,其兼有手动开关控制模式和电液比例控制模式,建立了其数学模型和仿真模型,分析了其动静态特性。研究表明:主阀进液阀芯位移与输入信号占空比呈线性反比例关系;合理设计反馈槽宽度和进液阀芯面积比可以提高阀芯的响应速度;当仅有液压反馈时,进液阀芯位移仍受控于输入信号,避免了因传感器失效对控制系统造成的灾难性事故的发生;通过增加电反馈与原有液压反馈构成双反馈控制的方式,大幅提高了阀的响应速度、线性度、滞环等特性。

以一种大流量比例方向阀为研究对象,利用AMESim软件搭建仿真模型,通过正交试验对其关键结构参数进行改进,获得最优化响应特性。将回液阀芯响应时间、进液阀芯开启和关闭响应时间作为评价指标,研究环形阻尼孔、回液阀芯外径、控制腔直径和锥阀口直径4个因素对比例方向阀的影响规律。结果表明:回液阀芯外径对回液阀芯响应时间影响显著,控制腔直径对进液阀芯开启响应时间和关闭时间影响显著;最优结构参数为环形阻尼孔径2.0 mm、回液阀芯外径30 mm、主阀控制腔直径25 mm、锥阀口直径31 mm;与优化前相比,优化后比例方向阀的回液阀芯响应时间减小22.72%,开启和关闭响应时间分别减小34.29%和66.44%,满足优化要求。

为研究比例方向阀的死区补偿,提出考虑阀口压差和阀芯正返行程的死区补偿方法。使用设计的控制器在变压差条件下进行实验,该方法可直接调整补偿值的大小,提高补偿响应速度,在阀静态特性不佳的情况下,依然有较好的补偿结果。以2 MPa压差实验结果为例,补偿前正、返行程阀的流量线性度分别为6.00%和4.83%;补偿后正、返行程阀的流量线性度分别为5.00%和3.56%。补偿前,阀的静态流量曲线滞环比较大;补偿后,阀的静态流量曲线滞环减小。2 MPa压差时,流量阀的曲线滞环补偿前为8.30%,补偿后为1.21%。提出的死区补偿方法对死区的减小或抑制效果明显。

气压比例方向阀由于其非常高的响应频带,因此在气压伺服系统上具有重要应用.但由于气压比例方向阀采用正遮盖阀口时,在零位附近存在死区,造成此时阀的流量增益、压力增益都非常小,这个特性对于高性能的气压系统定位和轨迹跟踪控制有重要影响.文章通过实验研究比例方向阀的流量特性和压力特性,利用工作点线性化描述阀的特性.采用逆函数法补偿比例方向阀在零位时的非线性特性.对气压系统三阶传递函数模型进行了仿真.仿真和实验结果表明了逆函数补偿法的有效性.

针对模糊控制比例方向阀控缸系统存在的稳态误差问题，在分析气缸摩擦力的基础上，提出以压力反馈加摩擦力补偿的办法设计模糊／PPF控制器用于气动位置控制系统中，最终取得了较为满意的控制效果。

PID控制器是常用的伺服系统控制器，气动伺服系统常用其控制。为此，文章根据比例方向控制阀和缸的特点，设计了气动位置PID伺服控制系统。对该系统中影响响应精度的置中电压和控制器中的积分系数进行实验研究，实验分析参数变化对控制精度的影响。

气动位置伺服系统常受到系统外的力作用，且因气体的可压缩性，较难取得良好的控制效果。为此根据阀的特点，设计以比例方向阀为控制元件的气动位置力复合控制系统。系统采用PD控制，达到控制精度时将控制电压置中，且系统根据负载的大小计算出相应的置中电压。结果表明，该系统能对气动位置力复合进行较快速准确的控制。