电液比例方向阀非线性补偿技术探讨

流量变死区非线性是电液比例方向阀的固有特性,对控制系统的性能有直接的影响.该文在分析比例方向阀死区现象及其产生原因的基础上,对目前应用的死区补偿技术如自学习、模糊等补偿技术作了比较分析,对于合理选择克服死区非线性的方法具有一定的参考价值.     

基于双线性插值控制策略的比例流量阀特性研究

当前液压调速阀通常采用机械式压差补偿器或动态流量器等方式实现输出流量的精确控制,但存在机械结构复杂、通流量小,以及输出流量受负载影响大等不足。提出一种基于双线性插值的流量补偿策略,并将该策略应用到以Valvistor阀为主阀的比例流量阀中,形成具有数字流量补偿功能的比例流量阀,其包括主阀、先导阀、压力传感器和流量补偿器,压力传感器的作用是检测反馈主阀进、出口压力;流量补偿器以主阀进、出口压力和设定流量为输入变量,经双线性插值计算后,流量补偿器输出流量校正控制信号,调节先导阀开口以补偿主阀口压差变化对输出流量的影响,从而实现流量的精确控制。建立该比例流量阀的简化数学模型（不考虑流量补偿器）,研究发现输出流量、先导阀输入电压与主阀压差平方根之间存在着线性关系,基于此特征,设计基于双线性插值算法的流量补偿器,并利用仿真和试验对该流量阀的动、静态特性进行研究;结果表明该流量阀输出流量具有良好的静态控制精度且受主阀压差变化的影响较小;若主阀口压差越大,则主阀芯动态响应会越快;对于由负载压力阶跃变化产生的主阀压差而言,若主阀压差越大,则系统流量抗干扰能力随之减弱。     

基于迭代学习算法的电液比例伺服控制

为解决电液比例控制系统的非线性、时变性、变流量死区及变流量增益等对系统位置控制精度的影响,提高电液比例控制系统的控制精度,针对系统的非线性特性,设计不严格依赖于系统精确数学模型且有较强抗干扰能力的迭代学习算法,同时针对系统的变死区特性,设计能够基于误差和误差变化率在线调整死区补偿量的模糊死区补偿算法。迭代学习算法和模糊死区补偿算法的综合使用是根据当前的控制经验灵活调整控制量,从而有效地改善由于系统非线性及时变性所带来的影响。试验结果表明,不加入模糊死区补偿时,系统位置跟踪存在明显的滞后,最大位移跟踪误差达到6 mm,而同时采用迭代学习算法和模糊死区补偿算法极大的提高系统的控制性能,系统达到稳定跟踪后,最大位移跟随误差在1 mm以内。     

基于AMESim的电液比例方向阀流量控制的研究及仿真

比例方向阀在控制执行元件运动速度的过程中,供油压力或负载压力(主要是负载压力)的变化,造成了阀压降的变化和对通过阀口流量的影响,该影响会使执行元件运动速度偏离调定值。为达到由电液比例方向阀驱动的液压缸能有比较平稳的速度,文中采用压力补偿方法来提高电液比例方向阀的流量稳定,并利用AMESim软件对电液比例方向阀的流量控制进行建模和仿真。仿真结果表明,压力补偿方法可以使液压缸的速度不受负载压力的变化而发生较大变化。     

考虑阀口压差和阀芯运动方向的比例方向阀死区补偿

为研究比例方向阀的死区补偿,提出考虑阀口压差和阀芯正返行程的死区补偿方法。使用设计的控制器在变压差条件下进行实验,该方法可直接调整补偿值的大小,提高补偿响应速度,在阀静态特性不佳的情况下,依然有较好的补偿结果。以2 MPa压差实验结果为例,补偿前正、返行程阀的流量线性度分别为6.00%和4.83%;补偿后正、返行程阀的流量线性度分别为5.00%和3.56%。补偿前,阀的静态流量曲线滞环比较大;补偿后,阀的静态流量曲线滞环减小。2 MPa压差时,流量阀的曲线滞环补偿前为8.30%,补偿后为1.21%。提出的死区补偿方法对死区的减小或抑制效果明显。     

双电磁铁比例方向阀零位位置控制死区补偿方法研究

针对双电磁铁驱动并带有阀心位置传感器的比例方向阀位置控制在零位存在死区的问题,运用Simulink对阀心位置控制系统进行了建模,对零位死区的形成原因进行了研究。通过仿真,对形成零位死区的各个影响因素对死区时间的影响程度进行了分析;基于不同的影响因素,提出了零位电流阶跃与衰减式位置指令跳跃的补偿策略;比较了该控制策略与其他控制方法对阀心位置的控制性能,最后通过实验进行了验证。研究结果表明:采用该位置控制补偿策略可以有效地消除由于系统非线性和时变性所带来的比例方向阀的零位位置控制死区,改善了阀心位置的响应波形。     

阀控液压缸系统负载流量补偿方法的研究

通过在阀控液压缸系统中加校正环节来提高系统刚度,减小了比例方向阀动态特性对系统性能的影响,使系统流量的输出与输入电流成线性关系,消除负载对系统输出流量的影响.经过流量补偿后的阀控液压缸系统可以根据补偿的需要输入相应的电流就可以进行较好的跟踪运动,保证了系统的补偿效果.     

压电陶瓷管的微位移测量与非线性校正

为了对原子力显微镜(AFM)中压电陶瓷管扫描位移进行非线性校正,提出了一种微位移测量与校正的简易方法.采用涡流位移传感器测量微位移,将其放大100倍以提高检测灵敏度;得到了压电陶瓷管的位移-电压曲线,其最高位移分辨率计算值为0.4 nm.根据AFM中压电陶瓷管的工作特点,确定扫描范围下测量得到的位移-电压关系,通过对等间隔像素点施加对应的非等间隔控制电压序列的方法进行非线性校正,依据像素点精度要求通过插值算法获得控制电压序列.系统采用LabVIEW虚拟仪器技术,校正后压电陶瓷管最大位移滞回偏差从10.1%降为0.4%.实验表明:扫描频率和扫描像素分辨率调节方便,同时校正算法复杂度也有所降低.     

硅压阻式压力传感器测量误差在线补偿方法研究

由于硅压阻式压力传感器的测量精度易受温漂和非线性等因素影响,而现有测量误差数字补偿方法实时性不高,因此提出了一种基于二元插值算法的异频分步在线补偿方法。首先采用三次样条插值算法对传感器输出电压和工作温度插值,抑制温漂;然后利用拉格朗日插值算法对压力和电压进行分段插值,减小非线性误差;同时降低温度的插值频率以减少每个压力插值周期内计算量,克服了传统的插值补偿方法将两个变量在一个插值周期内计算时间长的缺点。通过传感器标定和误差补偿实验验证了该方法的补偿精度在0～60℃的温度范围内满足±0.05%FS的误差要求,并且在设计的采集系统上实现1 kHz的数据输出速率。实验结果表明该方法可以有效地提高硅压阻式压力传感器的测量精度,且具有较高的实时性,能够实现误差在线补偿。在航空发动机试验的气体压力测量中具有一定的工程应用价值。     

空载流量特性死区的颤振补偿

为对电液伺服阀死区非线性进行补偿,提出在阀芯位移信号上叠加一高频颤振信号从而减小甚至消除其死区的颤振补偿技术。阐述电液伺服阀死区颤振补偿原理。根据颤振补偿原理求解颤振补偿后的空载流量特性表达式,并对补偿后的空载流量特性的死区进行仿真分析,理论分析表明,随着颤振幅值的增加,死区变小,当颤振幅值的大于死区量时,死区完全消除。对补偿后的空载流量特性的线性度进行理论分析,分析表明,随着颤振幅值的增加,空载流量特性的线性度也提高了。搭建专门的试验平台对所设计的样阀进行试验研究,结果表明,采用颤振补偿技术,当颤振幅值为50%、100%、480%死区量时空载流量特性死区由3.8%分别降为2%、0.4%、0,并且空载流量特性的线性度也得到改善,由4.38%分别提高到4.25%、4.09%、3.56%,试验结果和理论分析是吻合的。为进一步提高空载流量特性的线性度,提出流量特性的线性规划,试验表明,规划后流量特性的线性度得到了明显的改善,并且流量线性规划不受系统压力的影响。     

Development of a flow control valve with digital flow compensator

Flow control valves typically use mechanical pressure drop compensator or dynamic flow meter to lessen the impact of pressure drop on outlet flow. However, there are some disadvantages, such as complex mechanical structure and small flow capacity. In this paper, a kind of digital flow compensator with bilinear interpolation algorithm is presented to compensate the pressure drop, in which the pressure drop and the desired outlet flow are the two input parameters. A two-stage proportional flow control valve with the proposed compensator is investigated. Pressure drop across the metering orifice of the valve is measured and fed back to the proposed compensator. If the detected pressure drop has deviated from the threshold, then the compensator will generate a compensation signal to adjust the poppet opening of the valve, which ensures that the output flow is independent of the pressure drop. Performances of the valve with the proposed compensator are investigated by simulation and experiment. Results show that it has a reasonable static control characteristics. In addition, there is no dead-zone in its steady flow curve; pressure drop have little impact on its output flow. Its dynamics will be affected by pressure drop and input voltage. Increasing pressure drop can improve system dynamics under constant input signal conditions. On the other hand, increasing input signal can shorten the poppet's closing time, but it will result in the longer opening time and the greater overshoot in the opening stage.     

新型矿用比例方向阀动态特性及控制方法分析

适用于液压支架的比例方向阀代替现有的开关型方向阀,是液压支架智能化的重要组成部分。提出了一款适用于液压支架系统的比例方向阀方案,其兼有手动开关控制模式和电液比例控制模式,建立了其数学模型和仿真模型,分析了其动静态特性。研究表明:主阀进液阀芯位移与输入信号占空比呈线性反比例关系;合理设计反馈槽宽度和进液阀芯面积比可以提高阀芯的响应速度;当仅有液压反馈时,进液阀芯位移仍受控于输入信号,避免了因传感器失效对控制系统造成的灾难性事故的发生;通过增加电反馈与原有液压反馈构成双反馈控制的方式,大幅提高了阀的响应速度、线性度、滞环等特性。     

先导式电液比例阀非线性位置自适应补偿控制

为了提高先导式电液比例阀的位置控制性能,解决大批量先导式电液比例阀生产带来的不一致性问题,首先,建立了比例阀的非线性数学模型,针对比例阀死区不一致且难检测的问题,提出死区在线检测方法,采集主阀开始运动时的先导阀电磁铁电流值来表征死区大小,将当前死区值通过上位机在线读出并进行补偿;然后,针对普通PID固定增益带来的控制效率和精度低下的缺点,设计了基于死区在线检测的模糊PID自适应位置控制器,实时动态调整控制器各项参数;最后,基于MATLAB软件和先导式电液比例阀测试平台,验证所提出的控制方法的有效性。研究结果为先导式电液比例阀的批量化生产奠定了理论基础。     

Parameter tuning method for dither compensation of a pneumatic proportional valve with friction

In the practical application of pneumatic control devices, the nonlinearity of a pneumatic control valve become the main factor affecting the control effect, which comes mainly from the dynamic friction force. The dynamic friction inside the valve may cause hysteresis and a dead zone. In this paper, a dither compensation mechanism is proposed to reduce negative effects on the basis of analyzing the mechanism of friction force. The specific dither signal (using a sinusoidal signal) was superimposed on the control signal of the valve. Based on the relationship between the parameters of the dither signal and the inherent characteristics of the proportional servo valve, a parameter tuning method was proposed, which uses a displacement sensor to measure the maximum static friction inside the valve. According to the experimental results, the proper amplitude ranges are determined for different pressures. In order to get the optimal parameters of the dither signal, some dither compensation experiments have been carried out on different signal amplitude and gas pressure conditions. Optimal parameters are determined under two kinds of pressure conditions. Using tuning parameters the valve spool displacement experiment has been taken. From the experiment results, hysteresis of the proportional servo valve is significantly reduced. And through simulation and experiments, the cut-off frequency of the proportional valve has also been widened. Therefore after adding the dither signal, the static and dynamic characteristics of the proportional valve are both improved to a certain degree. This research proposes a parameter tuning method of dither signal, and the validity of the method is verified experimentally.     

二通插装式电液比例流量阀的仿真分析

为解决原始电液比例节流阀(结构简单但刚性差)负载变化大的执行元件的速度稳定性问题,基于Valvistor型液压插装阀的流量反馈原理,设计了具有较好的动静态特性的插装式流量反馈型电液比例流量阀,用位移传感器检测先导阀的位移,并对该原理的比例流量阀的动静态特性作了仿真分析,验证所提原理的正确性。     

钻机支腿调平液压系统动特性分析与仿真

说明了基于角度传感器电反馈的钻机支腿调平的过程状态，建立了电液比例方向阀的模型，对四分之一系统做出了动态特性分析，同时推导了活塞对比例阀输入位移和负载力扰动的响应特征，并对钻机电液比例阀进行HCD库仿真，又对钻机液压系统进行AMESim模型搭建与系统优化。     

基于速率观测器的挖掘机器人时延鲁棒控制研究

在挖掘机器人运动控制中,控制元件比例阀在零位存在较大的死区,驱动元件非对称液压缸为非线性系统,使得对铲斗关节实现高性能位置伺服控制难度很大．提出一种基于局部线性化模型的时延鲁棒控制方法;考虑到编码器测量精度较低,对液压缸位移及速率信号提出一种在线鲁棒估计方法,通过对扰动输入的补偿来减小估计误差;提出一种新型的比例阀死区补偿策略,依据参考模型位置输出对比例阀零位进行切换,既不牺牲系统的动态品质,又能有效避免比例阀阀芯的频繁切换．计算机仿真结果表明,这一方法对外部力扰动和参数变化均具有很强的鲁棒性,且新型速率观测器和比例阀死区补偿环节能明显增强液压系统输出的平稳性．