电液比例阀控缸位置控制系统的建模与仿真研究

　　近年来, 随着电液比例控制技术的发展, 凭借着成本低、抗污染能力强的优点, 电液比例阀在许多场合逐渐取代了伺服阀。电液比例方向阀能同时实现流量和方向控制, 并且可以方便地实现计算机控制。因此采用计算机控制的电液比例阀控缸液压位置伺服系统具有结构简单、可靠性好等优点, 在各个领域尤其是工业领域得到了广泛的应用^[1]。

　　通过对液动实验平台的详细分析, 建立了电液比例换向阀控缸液动伺服系统的数学模型, 并在稳态工作点处进行泰勒级数展开, 对模型进行线性化, 采用比例控制方法对模型进行了仿真。

　　1 系统组成及原理

　　该液动伺服位置跟踪控制系统的硬件平台, 如图1所示。主要由标准液压缸9、叶片泵7、溢流阀6、电液比例换向阀3(配套放大器8)、负载2、位移传感器1、压力传感器5和10、压力表4、数据采集卡和工业控制计算机组成。液压缸为上海华申液压件厂生产的单杆活塞标准液压缸, 液压缸标准行程200mm, 活塞直径40mm, 活塞杆直径28mm, 电液比例换向阀为意大利ATOS公司生产的DHZO-A07-1-S型对称阀, 压力传感器是北京昆仑海岸传感技术中心的JYB-KO-H, 位移传感器是该公司的WDL-200, A/D和D/A的实现则由研华公司的PCL-812PG数据采集卡来完成。油源供油压力为6.3MPa。系统工作时, 位移传感器检测出液压缸活塞杆的当前位置信号并通过A/D转换反馈到计算机中与指定输入进行比较,得出偏差控制量, 经D/A转换并经放大器放大后驱动电液比例阀节流口开度, 从而使活塞杆运动到期望位置。

　　2 阀控缸位置伺服系统的数学模型

　　采用对称四通比例阀控制非对称(即单活塞杆)液压缸。阀控单出杆液压缸原理图, 如图2所示。

　　为了简化讨论, 假定:

　　(1) 不考虑管道损失及管道的动态;

　　(2) 恒压油源供油, 即Ps恒定, 并且回油压力P_o=0;

　　(3) 对称三位四通阀, 四个矩形节流窗口工作时阀口处于紊流状态;

　　(4) 油的温度和密度均为常数;

　　(5) 不考虑阀的非线性影响。

　　在液压伺服系统中, 人们大都从阀的负载压力-流量特性、液压缸负载流量方程和液压缸的力方程三方面来建立数学模型。

　　2.1 比例阀的负载流量方程

　　2.1.1 y>0比例阀的流量方程为:

　　式中:Q₁—液压缸无杆腔流量, m³/s;

　　Q₂—液压缸有杆腔流量, m³/s;

　　C_d—阀的流量系数, 取0.70;

　　W—窗口面积梯度, m;