快速控制原型在电液比例阀控制系统开发中的应用

　　1　前言

　　电液比例控制技术,始于20世纪60年代末,当时,电液伺服技术已日趋完善,但电液伺服阀成本高、应用和维护条件苛刻,难以被工业界接受。人们希望有一种价格低廉、控制精度能满足需要的控制技术去替代,这种需求背景导致了比例技术的诞生和发展,电液比例控制技术虽然起步较晚,但发展极为迅速、现已发展为流体传动与控制领域中一个具有旺盛生命力的新分支,广泛地应用于机电液一体化综合控制,成为工业机械、工程建设机械及国防尖端产品不可或缺的重要手段[1]。电液比例阀是一种机电液转换产品,它受油液黏度、温度、电磁特性等多方面因素影响,因此控系统的开发成为了电液比例阀应用的核心和关键。

　　快速控制原型是在系统开发初期,通过使用实时仿真系统,快速地建立控制对象与控制模型,并对整个控制系统进行多次离线的及在线的测试来验证控制系统软、硬件方案的可行性。这样可以在设计初级阶段将错误和不当之处消除,降低研发费用、缩短研发周期。目前,在汽车电子控制领域开发中,得到了越来越广泛的应用。

　　2　电液比例阀的结构及控制原理

　　电液比例阀是一种机电液转换产品,按结构形式不同可分为多种类型,但基本结构都是相似的。主要由电磁部分和减压阀两部分组成。如图1所示。

　　本论文中采用的电液比例阀为三通型减压阀,在电磁阀工作时,压力油从输入口经节流通往输出口,同时输出腔又经节流泄至回油口。在减压阀的阀芯上作用着下述作用力:

　　(1)电磁力:Fh(x, t):由控制器发出一定占空比的PWM信号,输入电磁线圈,决定平均电流,由平均电流值I和阀芯行程x确定电磁力。此力作用于阀芯的左端;

　　(2)弹簧力:F(x):作用于阀芯的右端,此力随阀芯行程x而变;

　　(3)输出油压的反馈力:是输出油压p(x)和受压面积A的乘积。

　　对阀芯取力平衡可得下式:

　　Fh(x, t) -F(x) -p(x)×A =0

　　从液压平衡公式可知:随着输入平均电流的增大,阀芯右移,从输入至输出节流减小,从输出至回油节流增大,输出油压增高。电液比例阀输出特性如图2所示。

　　3　电液比例阀控制系统

　　本设计为电液比例阀控制系统,主要是通过对电液比例阀的控制实现对输出压力进行调节的功能,使输出压力按设定的压力曲线变化,满足压力调节系统需要。系统设定的目标压力曲线如图3所示。

　　为实现电液比例阀控制系统,提高控制精度,降低控制系统对油液黏度、温度以及电磁阀差异等因素的影响,系统采用闭环PID调节的控制方式,通过控制器采集电液比例阀输出压力信号,然后与目标曲线对比,最后通过PID调节,确定输出PWM占空比,实现对电液比例阀的精确控制。