基于AMESim的电磁高速开关阀动静态特性研究

　　1　引言

　　电磁高速开关阀作为一种流体控制的新型控制元件,采用PWM控制方法,可容易与计算机接口直接相连,实现计算机技术与流体控制技术的良性有机结合,进行液压系统的直接数字控制。同比例阀、伺服阀等相比,电磁高速开关阀且具有结构简单、抗污染能力强等特点。

　　电磁高速开关阀涉及机、电、磁、液多种领域知识,很难建立其精确数学模型,而且流体脉宽调制PWM控制系统是一类本质非线性控制系统,由于流体控制阀的响应速度限制,调制频率不可能很高,系统的分析和设计比较困难[5]。法国IMAGINE公司于1995年推出的专门用于工程系统建模、仿真及动力学分析的AMESim软件,为流体动力、机械、热、电磁、控制等工程系统提供了一个完善的综合仿真环境及灵活的解决方案,具有丰富的模型库,可以采用基本元素法按照实际物理系统来构建自定义模块或者仿真模型,而不需要去推导复杂的数学模型,这可使研究人员将更多精力投入到实际物理模型的研究当中。

　　本文基于AMESim建立了电磁高速开关阀的数字模型,分析了PWM信号、电流、阀芯位移关系,从控制角度提出了改善电磁高速开关阀动态特性的思路。

　　2　电磁高速开关阀的结构及磁路

　　螺纹插装式电磁高速开关阀结构见图1。当电磁铁2断电时,供油球阀7在供油-回油压差作用下向左运动,使供油口与控制口接通;在供油球阀左移的同时,通过分离销的作用推动回油球阀5紧靠密封座面,使回油口与供油口断开,控制口为高压。当电磁铁通电时,衔铁1产生的电磁推力通过顶杆和分离销6使回油球阀5与供油球阀7一起右移,直至供油球阀紧靠其密封座面,此时回油球阀5打开关闭,供油球阀7关闭,控制口为低压。该阀的一个显著特点是借助油口与控制口的压差作用使球阀回位,寿命长[3]。

　　根据高速开关阀的结构,绘制出高速开关阀主要磁通路径及等效磁路如图2所示。磁路中主要有3个气隙,分别为主气隙(工作气隙)和两个次气隙(气隙I和气隙II)。图2中,①为气隙中主磁通路径,②和③为边缘磁通路径,④和⑤为漏磁通路径,假设磁通或磁链在所经过的媒质横截面中均匀分布‘4了。

　　3. 1电磁高速开关阀的电磁模型

　　电磁高速开关阀的电磁模型的电流方程:

　　当PWM信号为1时，开关通，驱动电源与线圈接通，即在O,t<t。范围内，电压方程为:

　　式中1,—磁扼轴向长度

　　l2—磁扼径向部分等效长度