基于LabView的电液比例阀控缸系统分析

　　0　前言

　　电液比例阀是通过比例电磁铁将电信号转换为滑阀阀芯的位移,进而实现对流体流量与压力的控制的功率放大装置。随着电子技术、传感器技术以及计算机技术的发展,比例电磁铁性能得到提高的同时,比例阀内部通过构成比例电磁铁的位置控制回路,提高了阀芯的定位精度,从而使电液比例阀的精度与频宽大大提高,除零位死区外,很多性能指标接近伺服阀[1]。同时,良好的抗污染能力以及相对电液伺服阀较低的成本,使电液比例阀在工业上的应用越来越广泛。电液比例阀控缸系统因其控制直线位移的简单结构,成为一类典型的电液比例阀控系统。

　　近年来迅速发展的虚拟仪器技术给计算机测试与控制领域带来变革。虚拟仪器(Virtual Instrument,VI)的概念是美国NI (National Instrument)公司于1986年首先提出的,其基本思想是在一定的硬件环境支持下,通过编制和执行不同的软件,实现各种用户定义的仪器或测试功能。即同一硬件资源下,通过运行不同的软件,实现不同的仪器功能,仪器的功能被部分地(或全部)“软化”,软件成了核心问题,于是有“软件就是仪器”的说法。由于虚拟仪器技术是建立在当今最新的计算机技术和数据采集技术基础上的,技术更新快,系统的测量精度、测量速度和可重复性都大大提高。

　　作为NI公司的图形化编程环境LabView,不仅继承了传统编程语言中的结构化和模块化编程的优点,还使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面,使用图标表示功能模块,使用图标间的连线表示在各功能模块间传递的数据,使得编程过程与思维过程非常近似。

　　作者针对电液比例阀控缸系统,采用相应的传感器以及接口硬件,在LabView环境下对其性能进行了测试与分析。

　　1　电液比例阀控缸位置控制系统构成

　　作者采用电液比例方向阀实现对伺服油缸的位置控制。电液比例方向阀是一种根据输入电流的大小和极性来改变输出流量大小和方向的比例阀,与执行元件相连接,就可以根据输入电流来按比例控制液压执行元件的速度和方向。电液比例方向阀的结构形式有很多,图1所示是一种直动式比例方向阀原理图。

　　如图1所示,比例阀阀体为四通滑阀,控制阀芯2由对中弹簧3、4保持在中位,将液压油封住。当比例电磁铁6通电时,阀芯2向右移动,打开控制口,移动的位移量与比例电磁铁输入的电流大小成正比,液压油由P口进入B腔,进入伺服缸负载腔,反之亦然。

　　与伺服阀不同的是,比例阀的控制边有较大重叠区,对中弹簧有一定的预压缩量,使得阀的稳态特性中有中位死区。另外,由于比例阀阀芯受摩擦力及端口液动力等干扰的影响,定位精度不高,尤其是在高压大流量的情况下,因此许多阀采用阀芯的位置电反馈来提高阀芯定位精度,使得阀整体精度大大提高系统液压原理图本文涉及的电液比例阀控缸系统中的比例方向阀采用的是如图1所示的结构,为WANDFLUH公司生产的型号为WDPFA06-ACBS的比例阀,额定流量为10L/min,所构成的阀控缸系统的液压原理如图2所示,伺服缸缸径为400mm,行程300mm。