调压电磁阀高频特性的研究

　　1　前言

　　调压电磁阀作为电液自动控制系统重要组成部分,不仅要实现液压回路压力的调整,而且还要实现液压回路的开关[1]。液压回路的压力调整是通过对电磁阀低频控制获得,而开关特性通过高频控制获得。调压电磁阀高频控制的目的在于以小电流、低功耗保持回路的开关状态,同时补偿电压和温度波动对其的影响。本文针对高频控制特性进行研究,在建立控制电路微分方程的基础上,通过仿真计算获得最终的控制表达式,以此获得高频控制的控制参数,进行调压电磁阀的数字控制。

　　2 　高频特性理论计算

　　调压电磁阀的线圈可以简化为电阻和电感的串联,其高频控制电路原理如图1所示。

　　根据高频控制原理图,建立其微分方程:

　　式中　i(t)———线圈中的电流,A

　　R———线圈电阻,Ω

　　L———线圈电感,H

　　u(t)———脉宽电源,V

　　由于是高频控制,其控制周期小于时间常数τ(τ=L/R)。

　　由动态电路分析[2],求解微分方程(1),可得稳定状态下的电流最大值和最小值分别为:

　　式中　U———脉宽电源幅值,V

　　T———控制周期,s

　　λ———占空比,%

　　在得到线圈电流的条件下,可以计算线圈的功率为:

　　P(t) = i(t)²×R 　　(4)

　　应用Simulink对调压电磁阀高频控制微分方程进行仿真[3],仿真模型如图2所示,通过改变模型中的各项参数,可以获得不同的效果。

　　根据实际情况,模型中各项参数如下:

　　线圈电阻R　　4·2Ω;

　　线圈电感L　　2·1mH;

　　电压幅值U　　24V;

　　控制周期T　　120μs;

　　占空比λ15%。

　　通过仿真计算,获得电流和功率的时间计算结果。图3a、3b、3c分别显示激励源和电流、功率的时间记录。

　　调压电磁阀高频控制的目的是获得小的保持电流,即线圈产生的电磁力与液压力和弹簧力相平衡,实现开关特性,同时考虑到其他影响因素,得到电流的等式如下:

　　i₂=η×iH 　　(5)

　　式中　iH———保持电流,A

　　η———电流储备系数

　　线圈电阻与工作温度的关系由式(6)可得:

　　式中　ρ———电阻系数,Ωm

　　K———工作温度,℃

　　l———电阻长度,m