电液比例阀控缸速度控制系统的建模与仿真

　　0引言

　　近年来，随着电液比例控制技术的发展，电液比例方向阀凭借其成本低、抗污染能力强等优点，同时又能实现流量和方向控制，并且可以方便地实现计算机控制，因此电液比例阀在许多场合逐渐取代了伺服阀。液压系统基本调速原理是通过控制输入执行元件的流量Q来达到调速的目的，通常采用回路流量Q作为闭环反馈信号，但是这种控制系统受液压缸泄漏、油温和黏度变化的影响很大，在需要精确控制负载运行速度的场合精度要求得不到保证。因此本文针对位置控制系统，利用速度与位移的关系，提出了将活塞的速度控制通过离散的精确位移来实现。

　　1系统组成及原理介绍

　　该液压控制系统由控制计算机、比例放大器、电液比例方向阀、液压泵、液压缸、基座、负载、位移传感器和数据采集卡组成(如图1所示)。电液比例方向阀采用华德生产的4WRA10E40直动型滑阀;比例控制器采用配套的VT-3006(30)，受控差动电压±10V，最大输出电流800mA;液压缸采用四川长江液压件厂生产的双作用单杆活塞式液压缸，活塞行程1 650mm，缸径90mm，活塞杆直径63mm;位移传感器采用德国BALLUFF公司生产的BTL5-A11-M1700，测量行程1 700mm，输出模拟电压0～10V;以PXI作为数据采集和交换平台。

　　图1中，液压系统采用定量泵和溢流阀组成的定压供油单元，用电液比例方向阀在液压缸的进油回路上组成进油节流调速回路，控制活赛的运行速度。

　　位移传感器检测出液压缸活塞杆当前的位移值，经A/D转换器转换为电压信号，将该电压信号与给定的预期位移电压信号比较得出偏差量，计算机控制系统根据偏差量计算得出控制电压值，再通过比例放大器转换成相应的电流信号，由其控制电液比例方向阀阀芯的运动,调节回路流量，从而通过离散的精确位移实现对负载速度的精确调节。

　　2系统的数学模型

　　2.1阀控缸的基本方程

　　2.1.1四边滑阀的流量压力方程

　　电液比例方向阀一般多为正重叠滑阀，为简化模型和分析，作如下假设：①滑阀结构理想对称;②忽略管道压力损失;③液压能源是理想的恒压源。阀控非对称液压缸系统结构简图如图2所示。

　　当阀作正向移动时(本文以工作方向为例)，液压缸无杆腔、有杆腔的流量分别为q₁和q₂：

　　式中C_q———阀的流量系数;

　　x_v———阀芯位移;

　　Δ———阀芯零位重叠量;

　　W———阀开口面积梯度。