比例压力控制系统的辨识

　　比例压力控制是较为常用的压力控制形式,具有响应速度快、可连续控制等优点。在本单位自行研制的一套航空工业用特殊液压元件的计算机测控系统中,就使用了由三通型电液比例减压阀所组成的比例压力控制系统。

　　在对测控系统整体调试之前,有必要对系统中的核心部分--比例压力控制系统进行动态性能分析,并建立数学模型。一般情况下,分析系统动态特性的方法有频域和时域分析二种,其中,时域分析是分析系统的时间响应特性,即输出量随时间的变化规律,这也正是本测控系统所希望得到的。阶跃信号是分析系统特性时常用的输入信号,也正是本测控系统中所要求的测试条件之一。因此本文采用系统辨识方法,以阶跃信号为输入,分析比例压力控制系统的动态特性。

　　1 动态特性测试

　　将液压泵、溢流阀和三通型比例减压阀组成如图1所示的比例压力控制回路。油源压力pp由溢流阀在0~25MPa范围内调定,比例减压阀的输出口(PA口)接用于检测控制压力的压力传感器和压力表P1,比例减压阀的回油口(PT口)零压接回油箱,并将减压阀的出口处用截止阀截断油路。设置试验系统时,尽可能减小连接管道的长度,给定输入的电压信号(0~10V)在进入比例放大器前进行稳压,并将阀的信号电压与电源电压分开接地。

　　测试时用工控机经D/A转换向比例放大器输入2V的阶跃电压信号比例放大器将输入电压u放大转换为相应的电流信号i加载到比例电磁铁上,比例电磁铁推动减压阀阀芯控制输出压力。压力传感器所测出的负载侧压力经A/D转换送至工控机。此时,比例减压阀输出的应为与输入电压信号成正比的某一油压值,系统压力仍为溢流阀的调定压力。

　　试验时的数据设定如下:溢流阀调定压力为6MPa (测控系统使用时的系统压力为6MPa),输入电压信号为2V,连接管道为<5mm的不锈钢管,管道总长约为015m,工作介质为航空液压油。A/D采样频率为50Hz,采样信号经滤波处理。实验所测数据如表1,共计116个。图2为根据实测值所绘出的比例压力控制动态响应曲线。

　　2 比例压力控制系统的系统辨识

　　根据动态性能测试,已经得到了比例压力控制系统的阶跃响应特性曲线,可通过系统辨识建立一个与该系统最相近的数学模型。

　　设比例压力控制系统为一个SISO的线性定常系统,采样间隔相同,输入信号在每一个采样间隔上取常数值。根据表1得到一组系统的阶跃响应值,用差商来近似微分运算,可得到一组脉冲响应的离散值:

　　利用梯形法计算,在每个采样间隔$t,即[ti-1,ti], i=1,2,,, N上,用直线段来代替h(t):