电液比例溢流阀动态特性分析

　　0　引言

　　液体调速离合器(Hydro-viscousDrive)是20世纪70年代中期发展起来的一种新型流体传动形式,其原理是利用液体的粘性或油膜剪切作用来传递动力,能够实现无级调速和同步运行,并且还能对传动系统进行过载保护。液体粘性传动装置因其成本低、体积小、运行可靠、调速灵敏且调速范围广等优点,已经广泛应用于水泵、风机等大能耗的调速系统中,并取得了显著的节能效果。

　　液体调速离合器的输出转速依靠电液比例系统进行调节,而电液比例系统的核心是电液比例溢流阀,因此,电液比例溢流阀的性能对液粘传动的控制系统有着重要的影响。在进行液粘传动控制器设计时,需要对其进行动态分析,建立控制模型,确定输入电压与输出转速的传递函数,其中电液比例溢流阀的传递函数的确定很重要。作者通过实验的方法对电液比例溢流阀的性能进行了分析,确定电液比例溢流阀的传递函数,利用计算机进行了MATLAB仿真,并与实验结果进行了比较。

　　1　数据采集系统

　　为了分析电液比例溢流阀在液体调速离合器中的压力控制特性,需采集比例阀的运行参数作为研究依据。由于部分数据对采集的实时性要求较高,所以需构建专用采集系统。

　　控制系统一般要求稳定、准确、快速及时,因此作者对电液比例溢流阀的动态响应特性、稳态精度和重复精度3个方面进行测试,实验测定参数包括输出油压、控制电压。其中油压信号由压力变送器获取,输出信号为标准的4~20mA电流信号,经精密电阻处理后可获得相应电压信号;控制电压信号从信号发生器输出端获取。

　　为了获取阶跃响应等对采集实时性要求较高的数据,采集系统需有较高的采样频率,作者选用了研华公司生产的PCI1713系列采集板卡。该板卡采用12位精度的A/D转换器,内部集成4kB的FIFO缓存,支持的采样频率高达100kHz,并具备增益可调功能。除此外,该卡采用高速PCI总线,可以很容易地嵌入到PC机上。而研华公司所提供的WaveSCAN2·0数据采集软件可方便地实现数据存储和曲线生成。采集系统结构如图1所示。

　　2　电液比例溢流阀性能测试及分析

　　2·1　时域瞬态响应

　　瞬态响应是系统在某一输入信号的作用下其输出量从初始态到稳定态的响应过程。在分析瞬态响应时往往选择典型输入信号,通常这些信号可以是阶跃函数、斜坡函数、加速度函数、脉冲函数和正弦函数电液比例溢流阀阶跃响应作者选用最为典型的阶跃函数。电液比例溢流阀压力阶跃响应如图2所示,由图中可以看出,电液比例溢流阀的阶跃响应时间大约为0·3s,满足液粘传动装置响应时间的要求。