电液比例阀中位死区的线性化补偿方法

　　0 引 言

　　对电液比例阀控马达位置闭环系统的控制选择目前比较成熟的 PID 控制方法。其中比例方向阀是比例系统中主要控制元件。但为了降低比例阀的制造精度，电液比例阀的中位一般引入较大的搭接量，因而存在比较大的零位死区，死区过大，在手动操作时，容易产生滞后感；在位置闭环时，影响控制系统的稳定性和动态特性。为了使电液比例阀在使用中获得更好的性能，应设法减小比例阀死区的影响。目前比较常用的减小死区的方法有先导电流法和变增益法。

　　1 常用减少电液比例阀死区的方法

　　1.1 先导电流法

　　通过在控制器上设定最小电流(I_min)或者通过提高控制器在零区附近的灵敏度来达到有效地消除(或者显著地减小)死区。当最大补偿时，很小的输入信号就使阀芯“跳过”死区，从而消除其影响。如图 1 所示：

　　1.2 变增益控制方法

　　如图 2 所示，电液比例阀工作特性可分为三部分：CD段为死区段；BC、DE 段为线性段；AB、EF 段为饱和段。

　　电液比例阀主要工作在死区段和线性段。当阀工作在死区段时，使放大器增益增大，控制电流变大，阀芯快速移过中位，从而实质上减小死区范围；当阀工作在线性段时放大器增益保持正常，满足控制精度的要求。由于具体的电液比例阀的死区范围各不相同，只能由实验确定，因此，变增益放大器应能在一定范围内调整增益到正常增益的转折点。变增益放大器的特性如图 3。

　　2 线性化补偿方法的研究

　　通过上面对比例阀死区特性的研究知道，比例阀的死区特性曲线如图 4 所示。当输入比例阀电磁铁线圈的电流 I<D时，比例阀没有开度，因而没有液流流过比例阀。但实际上我们希望只要电磁铁线圈上有电流流过，比例阀就应该有开度，从而有液流流过。以前常用的方法就是当电流值 I<D时，用模拟电路产生 I=D 的电流值施加到电磁铁线圈上，或者在数字控制器中预加初始值。下面采用的方法将根据输入电磁铁线圈的电流值的增加，使施加的初始电流值逐渐减小至零。

　　根据电位器的工作原理知道电位器的输入与输出成线形关系。电位器的输出信号经过处理后线形变换为电流信号施加于电磁铁线圈上。因而经过一系列变换后，电位器的输出信号与电磁铁线圈的输入电流 I 之间成正比。即 I=KU。如图 5 中的 I-U 曲线所示：

　　从上面对比例阀特性的研究知道，通过比例阀阀芯的流量 Q_L与电磁线圈电流之间的关系如图 6 所示。图中 D 为死区电流值，M 为比例阀最大开口时的电流值。当电流值 I<D时 比例阀没有流量。