流量阀反馈控制及实验系统的研究

　　0 引言

　　流量阀对于液压系统而言决定着整个液压部分的基本性能， 所以如何确定阀的流量系数 c 及参数 m， 是提高液压系统控制精度的关键。 现有阀都是按油压理论及实验依据来选择其流量系数 c， 参数 m 值大约是取 2，所以在计算阀流量的时候得到的不是准确的值。 现根据流量阀的反馈控制系统测量出流量阀的基本参数， 从而计算出此流量阀的流量系数 c 及参数 m， 实现对阀的流量的精确控制， 进而提高了液压系统的控制精度。

　　1 流量阀反馈控制系统的构成

　　1.1 工作原理

　　流量阀反馈控制系统框图见图 1。

　　由图可知， 该流量阀以单片机做控制器， 键盘进行必要的人工操作， 此流量控制阀当输出负载发生变化时， 控制阀进出口的压力差会随之变化， 通过控制阀进出口压力传感器可以测得进出口压力并传给控制模块 。控制模块根据采集到的压力信号计算出进出口压力差， 并根据流量公式求出开口面积， 然后发送相应的脉冲信号来控制步进电机带动阀芯转动， 改变节流口面积， 从而控制出口的流量。 当出口压力减小时，进出口压力差增大， 此时电动机带动阀芯转动使节流口面积减小， 从而保持输出流量不变。 反之， 当出口压力增大时， 通过增大节流口面积来保持流量不变。

　　1.2 参数计算

　　流量控制阀阀口的流量方程：

　　q=C×Δp^m×A （A＝lx） （1）

　　q—流量阀阀口的流量； C—流量系数， 与节流口形式、 液流流态、 油液性质有关的系数； 荭p—流量阀进出口压力差； m—与流量阀节流口形式有关的的指数；A—流量阀节流口的通流截面积 （为已知 ， 可由电动机转角计算出）； l—矩形节流口长度。 流量阀节流口为薄壁矩形节流口， 开口量随阀芯的转动的而变化， 图 2中， 当阀芯转过角度 α 时， 开口量为 x。 节流口开口量与阀芯转角的关系：

　　式中： r—压力流量阀阀芯半径； α—压力流量阀阀芯转角； θ—压力流量阀阀芯的设计角度 （θ=14°）。

　　一般情况下， c 与 m 值是选取获得， 因此得到的并不是精确值， 得到流量的计算值也就不是精确值， 对流量阀流量的控制精度有一定影响， 不能得到精确地控制， 现研究一种方法， 计算出 c 与m 的值 ， 使流量阀的流量得到精确地控制。 每一个流量就会对应一个流量阀的进出口压力差和节流口的通流截面积， 有两个流量就能根据式 （1） 计算出一组 c 和m 值， 多测量几组流量， 就会求出几组不同的 c 和 m 值， 用最小二乘法拟合， 使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小，并且可以简便的求得未知的数据，使控制变得精确。