新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究(2)

新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究

新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究

摘 要

电液比例阀是实现电液比例控制技术的关键控制器件。由于其较好的控制精度和稳定性，电液比例阀已开始逐渐代替传统控制阀。

电液比例压力控制阀是电液比例阀中的一种，其功用是对液压系统中的油液压力进行比例控制，进而实现对执行器输出力或输出转矩的比例控制。论文在参照国内外成熟产品的基础上，运用现代设计方法和分析手段设计了一种新型比例压力阀的结构。首先，设计了十几种阀芯和阀腔的几何结构,根据计算流体力学的理论，对每一种阀的流道建立数学模型。其次，借助商业软件ANSYS/FLOTRAN和CFX求解流道中的速度、压力数值解,根据求解的数据,分析出阀内流道的几何形状对流场的影响。最后,根据所得结论优化出一种新型的阀芯和阀腔结构。

在比例压力阀的控制电路设计中，以单片机控制系统、数字PID算法和PWM (脉冲宽度调制) 技术为研究对象。根据电液比例阀的控制要求，编制了系统控制程序，设计了单片机控制系统的电路和功率放大电路，使控制电路的精度和可靠性大大提高。

将阀的工作状态抽象成数学模型是研究现代液压系统的主要方法。论文运用运动学和动力学理论，建立了所设计的电液比例压力阀的稳态和动态数学模型，得到了系统的传递函数。另外,求解系统模型中的参数成为一个重要问题，论文中同样以计算流体力学为理论依据，通过有限元等数值方法，计算出流量系数等重要参数。为了研究阀的稳态、动态特性，将传递函数转换为MATLAB/SIMULINK软件包的方框图模型，利用计算机仿真技术得到阀的阶跃输入响应。然后，研究了不同结构对阀稳态与动态特性的影响，为进一步优化阀的结构提供了理论上的参考依据。

关键词：电液比例压力阀；CFD；PID算法；脉宽调制；稳态模型；动态模型；仿真