液压比例方向阀死区辨识的新方法

　　死区非线性是液压元件最常见的缺陷，它取决于液压阀的中位机能是封闭还是过遮盖的[1]。死区的存在限制了闭环反馈控制回路的性能。要想从制造上消除 液压元件的死区，不但制造费用高昂而且需要特殊的制造工艺。而在某些特定场合，死区的存在是必要的。例如在汽车悬挂系统中，死区能防止驻车、引擎熄火时的 泄漏且维持车体高度。可是当汽车悬挂系统起作用时，死区的影响又是有害的，需要用控制策略来补偿，以达到消除的目的。因此，需要一个辨识死区非线性参数的 新方法，这样才能够最大限度地减少它的负面效应。

　　1　死区模型

　　死区是一个静态的输入、输出关系，它在一定范围内没有任何输出值。死区的图形表达如图 1 所示。

　　一般情况下，突破点 (zmd ≥ 0，zme ≤ 0) 不相等，斜度 (md > 0，me > 0) 也不相等。死区的解析表达式见式 (1)

　　2　比例方向阀的死区

　　比例方向控制阀的死区，在动态系统方框块图中的位置如图 2 所示。为了更好地理解这一现象，下面以四位四通滑阀为例，详细描述阀芯、阀体及其工作原理。

　　典型比例滑阀如图 3 所示。控制信号 u 激励了电磁铁，并产生磁力，作用在比例阀的阀芯上。如果没有控制信号，定心弹簧的力量使阀芯对中，位移为 0。

　　当中位机能为关闭或过遮盖时，阀芯位置的移动宽度要比阀芯的开口宽度大；当阀芯在中位时，就造成了死区非线性的存在。死区非线性是造成系统延迟和系统响应 误差的关键因素之一。在比例阀中，最好的情况是流量和控制信号的关系是线性的。但由于死区的存在，这种关系就需要采用补偿的方法来实现。关于滑阀流量特性 的详细描述和数学模型的建立可见参考文献 [2-3]。

　　3　非线性死区新的辨识方法

　　2003 年罗德里格斯等人提出通过试验，利用流量传感器来获得滑阀的死区信息。但由于这种流量传感器价格昂贵，普通用户甚至非常需要的人也无法接受。

　　而笔者利用具有油缸的液压系统，通过分析它的动态特性来确定阀死区的方法，不需要特别的试验装置或昂贵的仪器，仅需要价格适中的压力传感器即可，而且在反馈控制回路中通常就具备该压力传感器。

　　3.1　试验台

　　如图 4 所示，试验装置主要由数据采集与控制板 1，双作用缸 2，位置传感器 3，力士乐 NG6 通径的比例阀及其电控板 4，压力传感器 5、6，Dspace 及液压动力站 7 组成。Dspace 数据采集与控制板组装在PC 微处理器上，有 4 个模拟输入 (ADCs) 与 4 个模拟输出 (DACs)，传感器可以测量出油缸油腔压力、油缸位置与阀芯位置。