电磁比例节流阀控制系统的动态特性研究

　　1　引言

　　近年来,随着比例技术和伺服技术的不断发展,并逐渐应用于各种普通液压控制阀,实现对液压系统中压力或流量的自动控制,从而达到改善液压系统性能的目的。节流阀是液压系统中控制执行元件运动速度的一种器件,主要应用在回路中与定量泵、溢流阀组成节流调速回路,通过改变回路中节流阀通流面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量,以调节其运动速度。对普通节流阀来说,只要将运动的阀芯置于阀套中,圆周上开有一定面积梯度的沟槽,移动阀芯就可以得到不同的通流面积,通过调节节流阀口的通流面积能够实现对流量的控制,虽然比例节流阀采用比例电磁铁输出的控制电流可以调节阀芯位移,进而控制流量,但是当节流阀前后压差改变时,就会形成对流量控制的干扰。本文提出了一种电磁比例节流阀控制系统,其主要利用负反馈来减小压差,改变对流量控制的影响,并以MAT-LAB/SIMULINK为仿真平台,对电磁比例节流阀控制系统进行动态特性分析和研究。

　　2　电磁比例节流阀控制系统的工作原理及其数学建模

　　2.1　工作原理

　　电磁比例节流阀的有关参数如下:工作压力:10MPa;工作流量:40 L/min;工作压力下的内泄漏允许值:0.5L/min电磁比例节流阀控制系统由比例电磁铁、节流阀、位移传感器、比例放大器组成。其中节流阀的阀芯采用滑阀的结构形式,比例电磁铁采用行程控制型比例电磁铁。该阀控制系统的工作原理是:由比例电磁铁直接驱动阀芯,阀芯采用复位弹簧支撑和液压力相平衡的结构,阀芯的位移通过位移传感器测得并反馈到比例放大器,反馈信号和指令信号进行比较后给系统发出偏差信号,最终实现对阀芯位移的自动控制,其工作原理如图1所示。

　　2.2　数学模型的建立

　　行程控制型比例电磁铁能够实现电流→力→位移的线形转换,因此可以看作比例环节,其输出力对输入电流的传递函数为:

　　Fi—由比例电磁铁产生的电磁力

　　Ki—比例电磁铁的电流—力增益(N/A)阀芯力的平衡方程:

　　式中:mv—阀芯、阀腔油液以及弹簧等效质量

　　x_v—阀芯位移

　　x₀—复位弹簧预压缩量

　　B_v—阀芯与阀套间粘性摩擦系数

　　B_s—瞬态液动力阻尼系数

　　K_s—稳态液动力刚度

　　μ—油液的动力粘度

　　C_d—节流口流量系数

　　L—阀芯凸肩总长度

　　W—阀的面积梯度

　　ρ—油液密度