微型液压动力系统的PWM控制研究(3)

——韩家威　刘白雁　莫文锋微型液压动力系统的ＰＷＭ控制研究—

Ｔ０≤ｔ＜Ｔ

式中，!ｐ为电Ｃｄ为等效流量系数；Ａ为电磁阀阀口面积；磁阀阀口压降；ρ为液压油密度。

）＝Ｑ（ｔ

｛

０　　　　　　　　　０≤ｔ＜Ｔ０ＣｄＡΔｐρ

（）３

（）的０共０停止ＰＷＭ控制，并保持电磁阀．５ｓ．７ｓ通电，如此循环往复。先给电磁阀通电至纠斜液再施加Ｐ

ＷＭ控制信号，压缸建立起稳定的压力，得到图５所示的仿真曲线。

）中因断电而通过电磁阀的液压油来自式（３如果泵的流量足够大，就可以于柱塞泵和纠斜缸，

通过调节占空比τ来控制通过电磁阀的流量，进此时有而控制阀口压降，

）２（Δｐ＝２

（２ＣｄＡ）

（）４

由于Δｐ为纠斜缸的控制压力ｐｃ与外部环境压力ｐ因此，可以实现对纠斜力的连续控０之差，制。但对于单柱塞泵供油的微型液压动力系统（），图１如果将钻杆旋转一周视为液压系统的一则对电磁阀的ＰＷＭ控制只能在柱个工作周期，

塞被偏心轴承顶回，液压泵有流量输出的半个周期内进行。因为在柱塞由复位弹簧顶出的伸出阶液压泵无流量输出，此时若电磁阀断电，则阀段，

口通过的液压油将全部来自纠斜缸，从而将导致纠斜缸的油液压力迅速降至外部环境压力，也就无法输出稳定的纠斜力。

这种非连续的ＰＷＭ控制是本系统的一个特点，它涉及如何调整占空比和确定ＰＷＭ控制的启动与结束时间。

（）ｂ７τ＝０．图５　ＰＷＭ仿真曲线

（

）ａ８τ＝０．

、图５图５ａｂ的信号占空比分别为０．８和，脉宽信号的周期均为０系统所产生的纠０．７，．２ｓ

这斜力则从８．５ｋＮ分别降为７ｋＮ和６ｋＮ左右，说明通过调节脉宽信号的占空比，可以实现一定范围内的纠斜力的连续调节。

３　系统ＡＭＥＳｉｍ建模分析

采用系统工程高级建模和仿真平台ＡＭＥＳ

－

ｉｍ软件建立的系统仿真模型如图４所示。

４　实验分析

在纠斜集成块实验台上进行实验验证，使用／变频器保持电机转速恒定在６以保证准０ｒｍｉｎ，确的脉宽调制控制时间点和循环周期。采用西门）编制脉宽信号程序来控制电磁子ＰＬＣ（Ｓ７－２００阀，当电磁阀通电３再加入ＰＷＭ信号，其０ｓ后，脉宽信号周期与仿真设置相同。由实测的纠斜缸推力传感器的数据得到图６所示的实验曲线，其对应的脉宽信号占空比分别为０．８、０．７和０．６。可见其与图５对应的曲线基本一致，输出的纠斜力的范围分别为７ｋＮ、６ｋＮ和５ｋＮ左右。

５　结束语

图４　液压系统的ＰＷＭ仿真模型

本文对自动垂直钻具中液压执行机构的研究表明，所提ＰＷＭ控制机理进行了分析研究，

出的不连续ＰＷＭ控制方法可行有效，即通过合、理确定电磁阀的ＰＷＭ信号周期（或开关频率）占空比及ＰＷＭ控制，可在一定范围内实现执行机构纠斜力的连续控制。

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仿真模型中的电磁阀、溢流阀和单向阀均为被封装之后的超级元件。设定电机转速为／，则偏心轴承旋转一周所用时间为１推６０ｒｍｉｎ，ｓ

。在推程的前０程和回程各占０．５ｓ．３ｓ对电磁阀进行ＰＷＭ控制，而推程的后０．２ｓ以及回程阶段