數(shù)字控制電液比例插裝流量閥非線性校正方法研究

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1、分類號密化太原理王大學(xué)博±學(xué)位論文比例插裝流量閥非線性校正方法妍究題目數(shù)字控制電液民６８￡過化１１ｏｎＮｏｎｌｉｎｅａｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＤｉｇｉ切１ＣｏｎｔｒｏｌＥ－ｔｉｏａｎａｒｉｄｅＦｌｏｗＶａｌｖｅ巧文并列題目ｌｅｃｔｒｏＨｙｄｒａｕｌｉｃＦｒｏｐｏｒｌＣｔｒｇ研究生姓葦：李蘇銘學(xué)號：Ｂ２００９００２１專業(yè)：機械工程一研究方向：機電液體化：權(quán)龍導(dǎo)師姓名職稱：教授學(xué)位授予單位：太原理工大學(xué)論文提《日巧２０１５／１１化化？太原：山西太

2、原理工大學(xué)—Ｉ？葉．＇＇－．１■太原理工大學(xué)博士研究生學(xué)位論文II太原理工大學(xué)博士研究生學(xué)位論文數(shù)字控制電液比例插裝流量閥非線性校正方法研究摘要比例閥通過電信號實現(xiàn)對壓力、流量的連續(xù)控制，電閉環(huán)控制的引入，提高了比例閥控制精度。采用比例閥作為先導(dǎo)級的Valvistor閥，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、通流能力大等優(yōu)點，其主閥流量輸出是先導(dǎo)閥流量的線性放大，在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。在實際應(yīng)用中，比例閥由于比例電磁鐵電磁力輸出線性度差、位移反饋檢測精度不高、閥口臺肩加工不對稱、比例閥死區(qū)較大、負(fù)載壓差變化等問題，存在較大的非線性，嚴(yán)重的影響比例閥性能。

3、圍繞這些非線性問題，從控制電路、信號處理及控制策略等方面進(jìn)行多層次的非線性校正研究，為提高比例流量閥控制精度提供先進(jìn)的理論和方法，對推動我國電液比例的技術(shù)進(jìn)步，提升產(chǎn)品的市場競爭力，具有實際的理論意義和經(jīng)濟價值。電液比例控制閥是一個復(fù)雜的機電液元件，其驅(qū)動控制和調(diào)整易受外界干擾和內(nèi)部特性的耦合影響，尤其是結(jié)合了新型數(shù)字控制技術(shù)的電液比例系統(tǒng)具有了更大的柔性，也增加了系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜度。因此本文從傳感器反饋檢測電路、功率驅(qū)動電路、數(shù)字式非線性校正、信號處理、壓差補償這幾個方面對提高比例流量閥的控制精度開展研究。數(shù)字比例控制器的性能直接影響比例閥的輸出特性，目前電感位移傳感器

4、檢測電路檢測精度和靈敏度不夠高，柔性小，通用性差。本文采用改進(jìn)型調(diào)制解調(diào)測量放大電路，搭建測量電路試驗臺，采用三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行微小位移檢測，試驗比對相敏檢波電路和改進(jìn)型調(diào)制解調(diào)測放電路的I太原理工大學(xué)博士研究生學(xué)位論文靜、動態(tài)特性，結(jié)果表明，改進(jìn)電路具有靈敏度高、遲滯小、線性度好、動態(tài)響應(yīng)速度快等優(yōu)點，而且可以同時用于兩線圈和三線圈的三線制差動電感傳感器檢測。為了消除或減小由于線圈放電不完全造成的磁滯，采用改進(jìn)型H橋反接卸荷功率放大電路來實現(xiàn)線圈電流的快速衰減，并且在電路中設(shè)置超快恢復(fù)二極管RC緩沖電路來提高電路的穩(wěn)定性，利用Multisim進(jìn)行功放電路的仿真分析，所設(shè)

5、計的功率放大級電路電流紋波小、響應(yīng)速度快，反接卸荷式極大提高了電流衰減速度。針對比例閥存在的沖擊過度、小干擾擾動、零位死區(qū)、摩擦滯環(huán)以及比例電磁鐵存在的非恒力輸出、磁滯等問題，采用數(shù)字校正方法進(jìn)行非線性校正，在數(shù)字控制器中設(shè)置各種軟件信號處理模塊來解決以上問題，主要包括：斜坡發(fā)生器、門檻電壓、零位補償、顫振信號、增益調(diào)節(jié)、線性度調(diào)節(jié)等。搭建比例閥數(shù)字非線性校正試驗臺，采用ECONAVANT數(shù)字采集與信號分析儀進(jìn)行閥芯位移檢測，通過上位機進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，檢測不同參數(shù)設(shè)置下，閥芯的位移輸出特性。試驗結(jié)果表明，數(shù)字控制非線性校正可以改變閥芯的輸出特性，從而在實際應(yīng)用中可以根據(jù)負(fù)

6、載工況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，以達(dá)到非線性校正的目的。采用數(shù)字式非線性校正提高控制精度，降低了制造成本，且調(diào)試方便，通用性強。工業(yè)應(yīng)用中控制精度和抗干擾能力一直制約Valvistor插裝比例流量閥發(fā)展，為了提高其控制精度，實現(xiàn)柔性控制，提出基于偏差判別的控制算法，系統(tǒng)在大偏差、大擾動時，采用模糊PID控制算法提高控制精度和穩(wěn)定性，開口較小時，采用不完全微分PID控制，避免系統(tǒng)振蕩。建立16通徑Valvistor插裝式比例流量閥的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)數(shù)學(xué)和仿真模型，對電II太原理工大學(xué)博士研究生學(xué)位論文閉環(huán)PID控制下的比例閥進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)、動態(tài)及負(fù)載特性仿真分析，得到控制參數(shù)調(diào)整經(jīng)驗值，分析主

7、閥位移和流量輸出與先導(dǎo)閥之間的關(guān)系。利用Simulink建立先導(dǎo)閥傳遞函數(shù)仿真模型，比較PID控制與偏差判別控制的動態(tài)響應(yīng)特性，檢測先導(dǎo)閥的頻率響應(yīng)特性，仿真結(jié)果表明偏差判別控制精度更高，穩(wěn)定性更好，且具有良好的頻率響應(yīng)特性。為了提高插裝比例調(diào)速閥流量輸出的抗負(fù)載干擾能力，采用基于先導(dǎo)壓差-位移的流量補償校正，進(jìn)行理論公式推導(dǎo)，得出壓差變化與輸入控制電壓信號的關(guān)系式，建立SimulationX先導(dǎo)閥壓差-位移補償型Valvistor插裝比例調(diào)速閥的仿真模型，搭建結(jié)合dSPACE的半實物仿真試驗平臺，利用試驗臺對Valvistor插裝流量閥