电液比例溢流阀控制系统动态特性仿真分析

    0　引言

    压力控制是液压技术中一个重要的研究方向,溢流阀作为液压系统中必不可少的压力控制元件,将系统的压力稳定在调定值是其主要作用之一。常规的溢流阀大多通过手动的调压螺钉调整弹簧的预压缩量进行调压,而远程调压回路又存在着压力转换不平稳、对压力的控制精度不高、响应不够快的缺陷。电液比例溢流阀采用比例电磁铁代替了手动的弹簧力调节组件,弹簧的预压缩量正比于输入电信号,使溢流压力正比于输入电信号,实现对压力的比例控制。调压系统可进行压力无级、连续调节,并且可通过电气控制使每一级压力快速、平稳转换提高工作质量。文章以带压力反馈的电液比例溢流阀为主要研究对象,通过合理地拆分对比例电磁铁和压力控制阀的动态特性进行了分析和研究,借助MATLAB的Smi ulink对其动态特性进行了仿真。仿真过程中对参数的合理选择提出了自己的看法,并对系统的改进提出了合理化的方案。

    1　系统的特性分析

    如图1所示的系统中,检测元件压力传感器检测液压缸的压力。当液压缸的压力与比例溢流阀设定值出现偏差时,放大器将误差信号放大,并对溢流阀进行控制,使压力偏差缩小。

    电液比例溢流阀的特性分析中,如何合理地拆分系统是仿真结果是否准确可靠的关键。拆分不合理,会导致模型中子系统之间连接不方便,两个子系统的函数之间传递关系不明确的情况。并且合理的拆分可以省略某些小模块之间的相互作用,而只须考虑组合成的大模块的输出作用,简化分析过程。根据控制与被控制的关系,把比例溢流阀分为比例电磁铁和带管道的溢流阀两部分进行分析。

    比例放大器的作用是对比例阀进行控制,输出电流Δi与输入电压Δu近似成比例。其传递函数为:

式中: ku为比例放大器的增益。

    直流比例电磁铁控制线圈的端电压增量方程为:

式中: L为线圈电感;

  　Rc、rp分别为线圈和放大器内阻;

  　Ke为线圈感应反电势系数。

    式(2)经拉氏变换可得:

    现在写出阀芯位移的增量方程式:

式中: m为衔铁组件的质量; D为阻尼系数; Ks为衔铁组件的弹簧刚度。

    应用电磁学原理,比例电磁铁的位移力特性在工作区段内线性化,得其近似线性表达式为:

    ΔF_M=k_IΔi-k_yΔy           (5)

式中: kI为比例电磁铁的电流力增益; ky为比例电磁铁的位移力增益和调零弹簧刚度之和。