淺談基于動(dòng)閥套位移反饋的電液比例方向節(jié)流閥動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與仿真的論文

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淺談基于動(dòng)閥套位移反饋的電液比例方向節(jié)流閥動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與仿真的論文_第1頁
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1、淺談基于動(dòng)閥套位移反饋的電液比例方向節(jié)流閥動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與仿真的論文作者:李根義張金喜魏興喬張?jiān)雒椭苋A  論文關(guān)鍵詞:比例方向節(jié)流閥動(dòng)態(tài)仿真matlab  論文摘要:分析了一種基于動(dòng)閥套位移反饋的兩級(jí)電液比例方向節(jié)流閥的工作原理,建立r該閥的線性化模型,從穩(wěn)態(tài)誤差以及快速性兩個(gè)方面,對(duì)該閿進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性仿真,提出了改進(jìn)該閥動(dòng)態(tài)性能的措施?! ‰娨罕壤刂萍夹g(shù)已逐漸發(fā)展為一種控制手段,充當(dāng)了連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和大功率控制對(duì)象之間的橋梁。電液比例閥也因其控制精度高、反應(yīng)快的特點(diǎn),在高精度的機(jī)電一體化系統(tǒng)、工程機(jī)械機(jī)載控制系統(tǒng)、大型艦船驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、大型試驗(yàn)設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用

2、。其中電液比例方向節(jié)流閥是一種按輸入電信號(hào)的正負(fù)、數(shù)值大小,實(shí)現(xiàn)液流方向控制和流量比例控制的電液比例閥?! ?動(dòng)閥套位移反饋比例方向節(jié)流閥工作原理  電液比例方向節(jié)流閥閥體主要由先導(dǎo)閥動(dòng)態(tài)阻尼、主閥以及反饋杠桿等組成。其中先導(dǎo)閥為零開口四邊滑閥,其閥套設(shè)計(jì)成移動(dòng)式閥套.便于形成位移式反饋,主閥為負(fù)開口四邊滑閥,其原理簡圖如圖1所示。.  該閥既可以用于開環(huán)系統(tǒng),也可以與帶位移反饋的單活塞缸組成位置閉環(huán)控制系統(tǒng),但必須利用階躍信號(hào)快速穿越零位死區(qū);由于其主閥帶有零位死區(qū),可以保證中位的可靠鎖定;又因?yàn)槠鋬?nèi)部為杠桿機(jī)械位移反饋,大大增強(qiáng)了閥的安全可靠性,非常適用于對(duì)

3、可靠性要求很高,但對(duì)快速性要求不太高的場(chǎng)合?! ‘?dāng)指令位移信號(hào)作用于先導(dǎo)閥時(shí),先導(dǎo)閥閥芯移動(dòng),液控壓力通過先導(dǎo)閥口進(jìn)入主閥兩端的液控敏感腔,進(jìn)而控制主閥芯移動(dòng),帶動(dòng)反饋杠桿移動(dòng),反饋杠桿再推動(dòng)先導(dǎo)閥動(dòng)閥套向先導(dǎo)閥閥芯移動(dòng)的同方向移動(dòng),進(jìn)而關(guān)閉先導(dǎo)閥閥口,主閥閥芯穩(wěn)定在一定位置?! 淖詣?dòng)控制角度來說,該比例方向節(jié)流閥是一個(gè)典型的位置控制機(jī)構(gòu),即通過反饋杠桿聯(lián)系主閥閥芯位移與先導(dǎo)閥閥芯相對(duì)位移(先導(dǎo)閥閥芯位移與先導(dǎo)閥動(dòng)閥套位移差),控制主閥與先導(dǎo)閥閥芯成比例地運(yùn)動(dòng)。顯然,該閥的性能取決于先導(dǎo)閥、主閥、杠桿、動(dòng)態(tài)阻尼等元件的特性?! ?數(shù)學(xué)模型的建立  數(shù)學(xué)模型是進(jìn)

4、行時(shí)域特性分析計(jì)算的基礎(chǔ),參照?qǐng)D1,建立該閥的數(shù)學(xué)模型?! ?.1比例先導(dǎo)閥的流量方程  假設(shè)先導(dǎo)閥的4個(gè)節(jié)流窗口是匹配和對(duì)稱的;先導(dǎo)閥的進(jìn)口壓力p,恒定,回油壓力為0.則先導(dǎo)閥的負(fù)載流量方程為q=k。(一d)一k…p(1)式中:為先導(dǎo)閥的流量增益,k為先導(dǎo)閥的流量壓力系數(shù),為先導(dǎo)閥的閥芯位移,為先導(dǎo)閥動(dòng)閥套的反饋位移,p為先導(dǎo)閥的負(fù)載壓力?! ?.2動(dòng)態(tài)阻尼的流量方程  動(dòng)態(tài)阻尼的流量方程為式中:g.為進(jìn)油口阻尼的液導(dǎo);g,:為回油口阻尼的液導(dǎo)?! ?.3主閥流量連續(xù)性方程  假設(shè)先導(dǎo)閥與主閥的連接通道對(duì)稱且短而粗,通道中的壓力損失和通道動(dòng)態(tài)可以忽略,主閥每個(gè)

5、液控敏感腔的壓力處處相等,油溫和體積彈性模量為常數(shù),則流入、流出主閥液控敏感腔的流量為式中:為主閥液控敏感腔的承壓面積,:為主閥芯位移,,、為主閥液控敏感腔動(dòng)態(tài)容腔體積,pp為主閥液控敏感腔壓力,p為主閥液控敏感腔油液及腔壁有效體積彈性模量,m為主閥閥芯等效質(zhì)量,為主閥等效粘性阻尼系數(shù),為主閥液動(dòng)力剛度,為主閥等效負(fù)載。  2.4杠桿的反饋方程  杠桿的位移反饋為式中:f。為杠桿對(duì)動(dòng)閥套驅(qū)動(dòng)力,m為先導(dǎo)閥動(dòng)閥套質(zhì)量,為先導(dǎo)閥粘性阻尼系數(shù),為先導(dǎo)閥液動(dòng)力剛度?! ?.5主閥的流量方程主閥的負(fù)載流量方程為式中:c為主閥各節(jié)流口的流量系數(shù),為主閥各節(jié)流口的面積梯度,p

6、為供油壓力,為主閥零位死區(qū),p為主閥負(fù)載壓力。  3動(dòng)、靜態(tài)性能仿真分析  3.1仿真框圖  根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型,利用matlab/simulink仿真軟件建立相應(yīng)的仿真模型,對(duì)比例方向節(jié)流閥的動(dòng)、靜態(tài)特性進(jìn)行仿真?! ?duì)比例方向節(jié)流閥來說,與輸入信號(hào)成比例的輸出控制量不是流量,而是功率級(jí)閥芯的軸向位移,因?yàn)榱髁砍伺c軸向位移(閥口開度)相關(guān)外,還受負(fù)載壓力和供油壓力變化的影響?! ≡撻y在simulink中的仿真框圖如圖2所示。仿真時(shí)間設(shè)置為1s,采用ode45求解器,仿真模式設(shè)置為變步長,容差為0.001。  3.2性能分析  根據(jù)以上仿真框圖,設(shè)定單位斜坡和單

7、位階躍兩種位移輸入信號(hào),其對(duì)應(yīng)的響瘟如圖3、4所示?! 膱D3可以看出,單位斜坡輸入下的主閥芯位移的靜態(tài)跟隨誤差為0.25mm,滿行程相對(duì)誤差為 2.5%;由圖4可以看出,單位階躍輸入下,其上升時(shí)間為55ms,動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線無波動(dòng)。先導(dǎo)級(jí)閥口由于存在動(dòng)閥套位移閉環(huán)反饋,在主閥閥芯運(yùn)動(dòng)到指定位移處,其負(fù)載流量、壓力接近零值,其對(duì)應(yīng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖5所示?! ?.3性能改進(jìn)根據(jù)以上性能分析曲線、數(shù)據(jù)以及考慮到該閥的機(jī)械結(jié)構(gòu),為提高該閥的響應(yīng)速度,擬采用改變主閥液控敏感腔的承壓面積以及先導(dǎo)閥口的流量增益的措施。減小承壓面積為原來的90%,其仿真效果如圖6所示。增大

8、先導(dǎo)閥口的流量增益為原來

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