电液比例阀的双闭环控制技术

　　1引 言

　　电液比例阀是在通断式控制元件和伺服控制元件的基础上发展起来的一种电-液控制元件。作为一种广泛应用于液压设备上的控制元件,电液比例阀的作用是将电信号转化为阀杆的动作,从而对通过阀门的液体流量进行控制。

　　在所研究的干粉成型液压机中,电液比例阀是核心执行元件,其控制性能对产品的质量具有绝对性的影响。现有的干粉成型液压机中多数都采用单闭环控制方法,这在投入生产之初能够较好满足生产、质量需要,但是随着产品精度要求的提高和生产节拍的加快,原设备已不能适应新产品要求。

　　因此,对干粉成型液压机中控制系统的改造成为了提高设备精度和效率的关键。为此,本文选择干粉成型液压机中电液比例阀的控制为研究对象,采用了双闭环控制方法对其进行控制,仿真分析和现场试验结果都证明,电液比例阀双闭环控制在响应速度及控制精度方面的性能要明显优于单闭环控制系统,上述研究对提高产品质量和保证产品精度具有重要的现实意义。

　　2单闭环系统的控制特性

　　所采用的电液比例阀内部结构如图1所示。其简单动作原理如下:以控制线圈/b0为例,/b0导通产生作用力,控制杆向左移动,液体由P流入A, B腔则与T腔相通。由线圈/b0控制流量大小,当/b0中不产生作用力时,各推杆及阀在弹簧作用下处于中间位置,无液体流动。

　　在干粉自动成型液压机中,电液比例阀用于精度需求最高的下主缸,其计算机单闭环控制原理图如图2所示,系统的控制框图如图3所示。

　　该系统的负载主要是惯性负载,其它负载可忽略不计,由此,简化后的函数框图如图4所示。

　　由此可以得到系统的开环传递函数为:

　　其中:G1(S)-比例放大环节, G1(S)=Ka;

　　G2(S)-电液比例阀的传递函数,

　　Kv=KakcK/A,Ka、kc、Kq均为常数;

　　f-液压油摩擦系数;

　　k-比例阀内弹簧刚度;

　　A-液压缸的作用面积;

-液压缸的固有频率;

-液压缸的阻尼系数。

　　则单闭环系统的闭环传递函数为:

　　其中:H(S)-位移传感器的传递函数,H(S)=Kfx。

　　3双闭环控制系统设计

　　在原单闭环系统内再加入一个小闭环,增加比例阀阀芯的位置反馈,形成局部小闭环,嵌入原系统内,形成了新的双闭环控制系统。对比例阀阀芯的位置反馈控制可以提高比例阀的响应频率,从而改进整个系统的控制特性。原系统内的比例放大器改为PID调节器,使改进后的系统增益可调,参数调整方便。改进后的双闭环系统电路图如图5所示,系统的控制框图如图6所示,系统的传递函数框图如图7所示。