基于流量补偿的非定差调速方法研究

　　流量调节回路在液压系统中被广泛采用,近年来,随着液压系统复杂程度的不断升高,对流量调节的性能提出了更高的要求。传统的流量调节方法大都需要采用 定差减压阀对节流阀两端的压差进行补偿,但由于定差减压阀的流量-压差特性差,而且机械结构复杂,流量调节的动态效果较差,无法满足复杂液压系统对流量调 节的需要。为了解决这一问题,作者提出了一种基于压差传感计算流量反馈的流量控制方法,建立了基于AMESim和Smi ulink的联合仿真模型,并通过仿真分析验证了此方法的有效性。

　　1　流量控制原理

　　式(1)为节流阀的阀口流量方程,其中Cd为阀口流量系数,A为节流面积,Δp为节流阀阀口两端的压力差,其中流量系数Cd和节流面积A都是和阀口开度xv有关的函数量。

　　观察式(1)可以发现,如果通过多次试验测得与阀口开度有关函数量Cd(xv)×A(xv)的一组值,又在控制流量的过程中实时地测量阀口两端压差Δp和阀口开度xv的值,就可以得到通过节流阀流量的实时值,从而为流量的控制提供依据。

　　图1为基于压差传感计算流量反馈的流量控制结构图,通过压力传感器将节流阀两端的压差检测后输出给单元控制器,由控制器根据节流阀阀口流量的给定值以及其他的一些反馈量(如阀芯位移等),并通过一定的算法输出阀芯位移的控制量,实现对阀口流量的控制。

　　由于通过压差传感可以实现对节流阀阀口流量的控制,从而取代了传统的压力补偿器。这样不仅简化了控制单元的结构,节约了浪费在压力补偿器上的能耗,而且可以通过一定的控制方法,使阀口流量的控制特性得到大幅度提高。

　　基于压差传感流量反馈的流量控制原理示意图如图2所示,通过压差传感器与位移传感器将节流阀两端的压差Δp和阀芯位移xv数据信号检测后传输给控制器,由 控制器根据一定的算法计算出通过节流阀的流量Q*,与给定流量Q0进行比较,并采用调节器g(ΔQ)构成流量闭环,输出阀芯位移的控制量xvo。

　　图2中,fv(xv0)为节流阀阀芯位移的传递函数,Cd(xv)与A(xv)分别表示阀口流量系数和节流面积与阀口开度的函数关系,C*d(xv)与A*(xv)为其估计值。

　　保证基于压差传感计算流量反馈流量控制精度的关键是计算流量的精确性,由式(1)可知,计算流量的准确性又可归结为对阀口流量系数和阀口节流面积乘积的精确估计,即对Cd(xv)×A(xv)的精确估计,为了表述方便,用fQ(xv)表示这一乘积。

　　不同的节流阀,在不同的油温下其流量-位移特性和流量-压差特性都不相同,因此需要通过实验手段获得节流阀在不同油温条件下的fQ(xv)。通过保持被测 试节流阀的位移恒定,调节阀口的压差,可以得到在阀芯各个位移条件下测试阀的流量-压差曲线。同样,控制被测试节流阀的阀口压差保持恒定,改变其阀芯位 移,又可得到在各种阀口压差下被试阀的流量-位移曲线。