比例换向阀(Proportional Directional Valve)是一种常用的液压控制元件,用于控制液压系统中液压油的流向和流量。它采用了比例控制原理,通过控制电磁阀的电流信号来调节阀的开启程度,从而实现对液压油流向和流量的精确控制。
在通过PLC的PWM端口对电比例阀进行控制时,经常会碰到比例阀响应慢,动作幅度与预期幅度差别太大,比例阀杆频率性抖动。
其主要原因为以下三点:
1、阀芯受摩擦阻力
2、阀芯受流体阻力
3、无闭环控制
阀芯在开始移动过程中,要克服静摩擦力,所以动作略微迟缓,然后阀芯突然移动,造成流量增大,液压冲击,从而导致动作幅度较大。
而在线圈断电过程中,复位弹簧的反弹应力也是不均匀的,也会导致流量的变化和不稳。
上述两点式阀体构造和工作机理造成的基因层面的控制难度,是无法避免的。
那么如何解决这个问题呢?
1、有规律的电流
2、有规律的电压
3、电信号反馈调节,不断校准电信号,形成闭环控制
电比例液压阀从线圈通电控制到断电控制,出现的相同控制参数(电流),而不同的液压系统流量效果,叫做滞环效应
比例阀滞环的定义:
滞环是比例阀重要的静态指标,其定义为指令0-100%以及100%-0两条“流量vs指令曲线”相距最宽点的指令差值百分比(参考下图)。
滞环的存在会降低开环控制系统的重复精度。
对于闭环控制系统,比例阀滞环过大会导致系统振动,闭环控制失效。
滞环的来源与规避:
滞环主要来源于阀芯和阀体之间的摩檫力以及静态液动力。对于由比例电磁铁驱动的直驱阀,比例电磁铁的磁滞与摩擦滞环也是比例阀滞环的重要来源。
以下的方法可以减小比例阀滞环:
1、阀芯阀孔合理的间隙与形状精度。
2、比例电磁铁选择合理的工作气隙以及非工作气隙尺寸,控制铁芯与导套的同轴度。
3、采用阀芯位移闭环可以显著的减小比例阀的滞环(<1%)。
4、开环控制比例阀在线圈驱动电流上叠加颤振。
目前所了解的用于减小力反馈型伺服阀、比例阀滞环的颤振方式,有以下三种:
1、叠加独立颤振:线性驱动电流(驱动效率较低,发热严重)上叠加三角波,常用于较小线圈电流的伺服阀驱动。属于独立颤振(颤振的频率和幅度可以单独调节)。
2、独立PWM颤振:以高频PWM(等幅脉宽调制)波作为载波,载波频率较高,并在载波上叠加较低频率的三角波。亦属于独立颤振。
3、寄生PWM颤振:直接以PWM波(50~500HZ)驱动产生的充放电波形(近似三角波)作为颤振来源(如下图)。属于寄生颤振,颤振的幅度不是独立可调的。
以上前两种属于独立颤振,其特点是可以更加细致的调整颤振波形,并且颤振波形不会随着控制电流的变化而发生改变。其减小滞环的效果更好。其缺点是成本较高,现场调整复杂(颤振频率和幅度两个参数需要调整)。
第三种寄生PWM颤振可以满足大多数工程应用,现场调试简单(只需要调整颤振频率)。缺点是颤振的效果随着电流值的改变有所改变(上图是较坏情况的示意)。
举例:为了减小磁滞和摩擦力对比例阀性能的响应,通常需要在控制信号中叠加颤振信号,比如正弦波或三角波,其频率一般为50Hz~200Hz,振幅约为0~400。电磁阀控制电流添加低幅值高频率颤振信号是为了使阀芯在阀套内保持运动,两者之间保持油膜厚度,达到减小初始运动阻力。如下图所示,增加颤振信号,在时域下分析,初始状态到目标状态的过程中,上升时间、调整时间及峰值时间小,能够有效的改善控制过程的暂态性能。
2024-12-02
2024-10-27
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