比例方向阀的流量特性数据获取及拟合

　　电液比例方向阀的应用越来越广泛,其控制精度也越来越高,但跟国外相比,我国在比例方向阀乃至其他比例阀控制精度及其相应的产品都不如国外产品。主要问题之一就是比例方向阀的流量特性呈现比较大的非线性,且提供研究的第一手资料有限,几乎所有的比例方向阀的流量特性曲线都只是给出了几条典型曲线,还有好多盲区的特性没有给出。为了提高比例方向阀的控制精度,首先得完全了解比例方向阀的流量特性。假如能够找到一种不仅能够描述已给流量特性曲线的特征,还能够描述已给曲线外的盲区的特征的函数,即找到一种函数能够完全描述比例方向阀的流量特性。如果把这一函数应用到控制器的算法中,比例方向阀的控制精度及其实时性都将会有所改善。

　　现在的问题是如何获取原始的流量特性曲线数据和如何得到能够描述比例方向阀整个流量特性的函数。图像的数据获取可以利用一些常用的图像处理工具来完成。流量特性曲线的数据获取后会得到一些散点数据,根据厂家给的流量特性曲线可知,这些散点包含了3个物理量的信息,即压差、指令值和流量。如果想得到一函数来表征这些点的关系,最小二乘估计法来拟合这些散点会得到比较好的效果[1]。基于上述分析,作者对就MATLAB图像处理获取流量特性曲线原始数据及其最小二乘拟合进行阐述。

　　1　比例方向阀的流量特性分析

　　不同厂家、不同机能、公称流量和压差所对应的比例方向阀的流量特性曲线的曲率也有所差异。就博世力士乐的比例方向阀而言, E和W机能的比例方左右,且它们之间横坐标的控制值是±15%的关系。不管如何,液比例方向阀的流量特性总的趋势大致可以分四段来分析,第一段为指令值在20%左右时,比例方向阀处于死区状态,流量为零,第二段是指令值在20% ~45%的范围里,流量特性曲线呈现比较好的线性,第三段是指令值在45% ~85%的范围里,流量特性曲线呈现斜率比前一段大且线性度比较好的一段,当指令值再增加时,流量特性曲线的斜率会慢慢减小。整个曲线呈现出比较明显的非线性状态,就拿博世力士乐4WRE的比例方向阀的流量特性曲线来说,其非线性状态比较明显,但曲率不是很大。图1为博世力士乐4WRE比例方向阀的压差-控制信号-流量特性。从图中可以看出,比例方向阀的流量特性的盲区。为了获得盲区的流量特性,下面从图1获取曲线上的数据(根据E和W机能取数据,控制值放大到V机能的100%,下同)再进行拟合。

　　2　流量特性曲线数据获取

　　流量特性曲线数据获取的目的是为了得到原始曲线上压差-指令值下的流量,作为后面拟合的采样数据。