【毕业学位论文】新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究-机械制造及其自动化

湖南大学硕士学位论文新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究姓名：黄勇申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：胡思节20070410新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 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；宽调制；稳态模型；动态模型；仿真 硕士学位论文 is of of its a is is of of at a to of FX in of to of on to of a of CU to ID a CU to is of In an in FD as a In to of is of on of of 新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 大 学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 硕士学位论文 1第1章 绪 论 题背景和意义 20世纪是液压技术从兴起到不断发展的成熟时代，随着现代科学技术的飞速发展，它已不再是仅仅充当一种传动方式，而更多的是作为一种控制手段，充当了连接现代微电子技术和大功率控制对象之间的桥梁，成为现代控制工程中不可缺少的重要技术手段和环节。电子与液压技术的结合是液压技术发展的内在规律。液压系统与电气系统，作为不同的传动方式，结合起来，可以满足高精度、快响应、节能、智能控制的要求。广泛用于工业、军事领域1。 电液比例阀是实现电液比例控制技术的关键控制器件。随着电子技术的发展新型电液比例阀的控制精度和稳定性大幅度提高。与手动调节和通断控制的普通阀相比,它能明显的简化液压系统,实现复杂程序和运动规律的控制,通过电信号实现远距离控制,大大提高了液压系统的控制水平。与电液伺服阀相比,尽管其动态性能有些逊色,但其成本具有明显优势,价格远低于精密的伺服阀。而且其工作环境可以比电液伺服阀恶劣。随着新型电子技术的发展,新一代电液比例阀的性能已经接近电液伺服阀2。 电液比例阀与传统的液压控制阀比较,虽然其价格较贵,但由于其控制水平良好，因此在控制较复杂,特别是要求有高质量控制水平的地方,传统液压控制阀就逐渐由比例阀或数字阀来代替。所以电液比例阀的市场前景广阔。 但是，在我国中高档电液比例阀市场上，大多为国外进口产品比如：德国的本的内和国外的技术存在很大差异，早在1986年西德于采用了高响应直流比例电磁铁和相应的放大器,并含有位置反馈闭环,其流量输出稳态调节特性无中位死区,滞环仅0. 3 % ,零区压力增益达3 %额定控制电压,负载腔达80 %供油压力,工作频宽和性能已达高水平伺服阀,而成本仅为后者的1/32。现在大部分的国内产品普遍存在着精度低，不稳定，技术落后的缺点。而国外的产品价格昂贵，维护改造比较困难。这种现状严重制约了国内电液比例控制技术的发展，所以设计一种拥有自主知识产权的高性能电液比例阀意义重大。 液比例阀的简单介绍 电液比例阀是介于普通液压阀与伺服阀之间的一种液压控制阀。电液比例阀既是电液转换元件又是功率放大元件。其功用是接受电器信号的指令，连续的成新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 2比例的控制系统的压力、流量等参数从而实现对液压系统执行器的位移、速度或力矩的连续控制。 电液比例阀的结构形式很多，不过通常由以下几个部分组成：电器机械转换器（通常由比例电磁铁和弹簧机械系统组成），液压放大级（通常是先导级阀和功率主阀），还有就是检测和反馈系统。其原理主要是将输入电信号通过比例放大器放大后转换为力或力矩，以产生驱动先导阀运动的位移或转角。先导阀（又称前置级）可以是锥阀式、滑阀式、喷嘴挡板式或插装式。他主要用于接受小功率的电气机械量转换为液压力来驱动主阀；主阀通常是滑阀式、锥阀式或插装式，用于将先导阀的液压力转换为流量或压力输出；设在阀内部的机械、液压及电气式检测反馈机构将主阀控制口或先导级阀口的压力、流量或阀芯的位移反馈到先导阀的输入端或比例放大器，实现输入输出的平衡。 统直动式电液比例阀的结构 电液比例阀按控制功能分可以分成以下几种： 压力流量复合阀调速阀节流阀比例流量阀减压阀溢流阀比例压力阀电液比例阀 虽然电液比例阀种类较多但是其电液转换原理和功率放大原理都大同小异，都是通过比例电磁铁控制阀芯位置，从而控制节流小口的开度。所以在阀芯、阀腔及比例控制器的设计上，电液比例阀都是相似的。论文重点设计了新型的电液比例压力阀，但是其设计方法，阀腔形式还有比例控制电路完全适用于其它阀类。 文研究的内容 算流体力学）在液压技术中的运用 液压技术中使用的工作介质是液体，液体在各种阀口(如压力阀阀口、节流阀硕士学位论文 3阀口、方向阀阀口)的复杂流道内流动时，流道特性对组成流体系统的元件性能以及对整个流体传动及控制系统的性能有着至关重要的影响。所以，对组成液压技术中的各种复杂流道流场进行数值模拟，并定性分析流场(速度、流线、流动的分离与再附壁，旋涡的产生与消失等)与噪声、能量损失、元件性能等的关系就显得十分必要。通常人们为了分析液压元件的性能，往往通过大量的试验和计算。但是由于试验手段的单一和相关技术的局限性，不能很清楚的分析流场的具体情况。再加上试验要耗费大量的时间和资金，不能适应现代产品设计低成本、短周期的要求。 任何流体运动的动力学性质都是由质量守恒律，动量守恒律和能量守恒律所确定的，这些基本定律可由数学方程组（偏微分方程组或积分方程组）来描述。利用数值计算方法通过计算机求解来描述流体运动的数学方程，揭示流体运动的物理规律，研究定常流体运动的空间物理特性和非定常流体运动的时空物理特征，这样的学科称为计算流体力学（缩写为杂流动结构的工程设计，了解燃烧过程的化学反应，分析试验结果等。般来说，在复杂流道内的流动问题主要是流体力学问题，流体力学问题通常是用偏微分方程来描述的，其中连续性方程和内流问题到外流问题，从无粘理想流动到可压缩有粘流动等问题。其中，除极少数简单例子外，这些问题都是需要通过数值方法来求解的。也就是通过数值方法求解以于电子计算机的应用以及数值计算技术的迅速发展，使得用数值方法求解大规模方程组成为可能。这也使得对几乎一切流体力学问题，运用计算机仿真成为可能。针对液压技术中的流体力学问题，N. D. 曹秉刚利用以速度v、旋度w、压力内流式锥阀流场进行研究，并对阀芯所受的液动力进行分析; K. 林翔等用有限容积法对液压滑阀内的三维流动进行分析。付文智用有限元方法建立了锥阀式结构的数学模型, 给出了研究区域的边界条件, 得到了锥阀工作过程中的有限元数值解。周功勇应用流场数值模拟技术,在不同结构参数、压力、流量等条件下,对先导式纯水溢流阀主阀流道内的流场流态进行动态仿真。分析了结构参数对流场流态及压力流量特性的影响。杨国来等人也利用论文在以上研究成果的基础上，设计了多种阀芯和阀腔的结构，并且建立了阀内流体的模型，运用商业软件到阀内流体在不同区域的速度和压力值，掌握了阀芯、阀腔的几何形式对阀内流场的影响。新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 4最后得出一种相对较优的阀芯、阀腔形式，成为新型比例阀的核心元件。 液比例阀的数字控制器和脉宽调制技术 比例阀控制器的作用是对控制信号进行处理和放大，驱动电气机械转换装置。传统电液比例阀多用模拟控制器。采用模拟式电气机械转换装置,将电信号转换为位移信号,连续地控制液压系统中工作介质的压力、方向或流量。因此,该控制器的优劣直接关系到整个液压系统的性能。但是，模拟电路无法运用很多控制算法，另外可靠性也不佳，已不能满足需要。随着现代工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，计算机控制系统在现代工业中的地位越来越高。其中单片机是一种单片微型计算机，它体积小、功耗低、功能强、性能价格比高，在控制相对简单的系统时有着不可比拟的优点。论文设计了以单片机为核心的计算机控制系统。 脉宽调制技术能按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内接通和断开时间的长短，得到周期一定、脉冲宽度可控的矩形波。把这种电压加在比例电磁铁两端，阀芯处于微振动状态。由于脉冲周期远小于阀芯的响应周期,所以阀芯的运动只响应号的平均值。把这种技术运用到阀控电路中可以节省大量元器件，简化电路，使系统抗干扰能力显著增强。同时避免了线圈发热现象。 论文中以单片机控制系统和数字制了控制程序，设计了单片机系统电路。另外结合先进可控的脉冲宽度调制) 技术，选用了设计成熟的功率放大集成电路，使电液比例阀的控制性能大大优化。 液比例阀的稳态、动态数学模型与仿真 运用动力学和运动学的理论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，利用计算机的高速运算性能可以方便的对数学模型求解，从而达到仿真试验，优化参数的目的。电液比例阀的数学模型是主阀和先导阀的动态和稳态力学平衡方程，节流口前后的压力流量方程和液阻流量平衡方程。在这些方程的基础上推导整个系统的传递函数。这些数学模型通过一定的方法最后在计算机上实现仿真。通过分析仿真结果来判断阀的优劣。论文中的仿真是在是研究和仿真各种系统的优秀工具。块,主要是针对控制系统而设计的。是具有动态建模、仿真及综合分析功能的高性能软件包。它为用户提供了一个非常友好的仿真环境,支持线性、离散和两者混合的线性、非线性系统,并且为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,还包括了众多的线性和非线性环节,使用极为方便。 硕士学位论文 型电液比例压力阀的原理及液压回路的设计 电液比例压力阀的典型结构一般分为直动式(先导式。直动式电液比例压力阀属于单级控制比例压力阀。其结构相对简单，但调压范围小，抗干扰能力弱。先导式比例压力阀是先导级采用电液比例控制的两级压力阀，其先导级就是直动式电液比例阀，主阀结构与普通压力阀相似。由于拥有液压放大级，其调压范围大，防振降噪效果好，控制精确。论文就是以先导式电液比例阀为研究对象展开设计。 设计中，先导阀和主阀均采用锥阀结构。阀芯、阀腔的结构是影响阀内流场的主要因素，所以设计一种新型结构对阀的性能至关重要。下面的章节主要研究这个问题，这一节先设计液压回路。 电液比例压力阀的调压原理和普通压力阀相似也是通过改变阀芯与阀座形成的节流口，来控制阀口两端的压力差。先导式电液比例压力阀的主阀是功率级，先导级是控制级。比例电磁铁的输出力直接控制先导级，因为比例电磁铁的输出力与输入电流成比例，所以只要输入可控电流就能得到一定比例的先导级控制压力。现在的问题是先导级与主阀功率级如何耦合。论文的设计如下( 型电液比例压力阀的原理 电磁铁得电时，如果液流入口压力达不到电磁铁的推力，先导阀芯就会在电磁铁的推动下紧贴在阀座上，阀口封闭，反馈回路没有液流流动。液阻阀芯顶部与底部的压力相等，但主阀芯在弹簧作用下封闭住阀口。当系统压力达到电磁铁的调定压力时，先导阀后移，阀口有了一定开度，反馈回路有液流流动，液阻感腔压力小于液流入口压力，主阀芯上升，新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 6液流经过主阀节流口流回油箱，液流入口压力降低。直到入口压力与调定压力相等，系统再度平衡。在论文设计的这种回路中，系统压力在液阻a、一种压力间接检测型电液比例阀。先导阀实际上是可变液阻，它与液阻a、b、感腔压力、先导阀的调定压力与液流入口压力在以上就是新型电液比例压力阀的基本原理和液压回路设计。通过对比例阀原理的分析，发现设计比例阀时主要有两个重点：一是保证液流在阀腔内流动的稳定性，尤其是先导阀阀腔内。先导阀是电液转换的关键级，它的控制特性影响到整个系统的特性。所以设计一种好的阀芯、阀腔形式至关重要。传统的设计方法是根据经验先设计大致结构，再通过大量实验逐步修正阀的设计。论文中以计算流体力学为理论依据，运用现代的计算机仿真方法，方便准确的得到液体在阀腔内的流动情况，从而直观得观察到阀芯、阀腔的的几何形式对流场的影响。据此再逐步修正设计，以达到优化阀芯、阀腔的目的。大大缩短了设计周期。 另一个设计重点是电液比例控制电路和控制算法。比例控制电路的作用是根据比例阀的控制要求对控制电信号进行处理、运算和功率放大。电液比例控制系统既有液压元件传递功率大，响应快的优势，又有电器元件处理和运算信号方便易于实现远距离传输的优势。发挥二者的技术优势在很大程度上依赖于比例控制电路。论文中主要是运用现代成熟的控制理论和电子技术，设计出一套新型的电液比例控制电路。 针对以上两个重点完成的设计，还需要有一个检测的手段。论文运用现代液压系统建模方法，建立阀的稳态与动态数学模型，然后在而得到新型阀的动稳态特性。然后以此为依据分析结构参数对阀性能的影响。最后修改参数，完善设计。 结 本章主要阐述了电液比例阀的发展概况，分析了电液比例阀的原理。对论文的主要研究内容做了概括。最后，设计了新型电液比例阀的液压回路，并对这种回路的原理进行了分析。 硕士学位论文 7第2章 基于言 锥型液压阀是流体传动与控制技术中重要的基础元件。它由于密封性好、过流能力强、响应快、抗污染能力强,已经获得广泛应用,特别在近年发展起来的插装阀、比例阀中,大都采用锥阀结构。论文设计的电液比例阀也采用锥阀结构。但是在阀的工作过程中,流体在锥阀内部的流动情况非常复杂,这对锥阀的各种性能,包括通流能力、流体噪声、作用于阀芯上的流体液动力等都产生了很大的影响。所以研究锥阀内流场的状态对锥阀的设计非常重要。由于阀内情况复杂，目前技术水平有限，很难通过现有技术非常直观的观察阀内的情况。传统的设计方法是先设计一个粗略的流道结构，通过做流量和压力试验，间接的分析阀内的情况，然后再不断对阀芯形状做出修正。这种方法耗时，费工，资金耗费大。随着基于阀的设计提供了新的方法。流场可视化技术是运用而定量分析锥阀内部流道流场状况速度分布、压力分布、流动的分离与再附壁、漩涡的产生与流体噪声。通过以上的分析再确定影响液压阀特性的主要因素,对液压阀内部流道进行优化设计。 算流体力学概述 任何流体运动的动力学性质都是由质量守恒律，动量守恒律和能量守恒律所确定的，这些基本定律可由数学方程组（偏微分方程组或积分方程组）来描述。利用数值计算方法通过计算机求解来描述流体运动的数学方程，揭示流体运动的物理规律，研究定常流体运动的空间物理特性和非定常流体运动的时空物理特征，这样的学科称为计算流体力学（缩写为杂流动结构的工程设计，了解燃烧过程的化学反应，分析试验结果等。其主要优点是能以较少的费用较少的时间获得大量有价值的研究结果，对投资大周期长难度高的试验研究就更为突出。因此，将仅有助于工程设计的改进，而且能减少试验的工作量。可以说，从20世纪40年代开始，随着喷气式飞机，超声速导弹的出现，在气体动力学中提出了很多需要解决的问题，实际的需求是促进科学发展的关键。科学家开始用数值方法求解方程，使该问题得到解决。随着流体计算力学的新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 8发展和计算机技术的突飞猛进，今天可以利用巨型计算机，采用合适的网格生成技术和有效的计算方法，求解三维方程，给出各种飞行器的超声速高超声速无粘和粘性绕流的复杂流场3。 化工行业到飞机制造业，从汽车制造业到环境科学，都有成功应用如：环境工程师借助于器工程师可以用他来寻找提高半导体效率的途径;在汽车领域动机模型和冷却设计模型，提高发动机效率。由于计算机硬件的发展和数值技术的改进，可压粘性流基本控制方程 根据描述流场运动的欧拉法，流场中任意一点的运动要素,( ( ,= ),上式表明流场中任何要素都可以表示为空间坐标（,）和时间坐标。如果对流体中的任意微小体积运用质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律方程，以及热力学关系式的状态方程，就可以得到流体的基本控制方程。在论文中，阀中流动的液压油速度相对较小，黏度大，而密度又不会发生变化，所以所研究流体的控制方程大为简化，可以写成如下方程(这组方程称为原始变量不可压维斯托克斯方程)，这组方程是本篇论文的主要研究对象。 连续性方程：假设直角坐标系中有一体积为在三个坐标方向上的速度分量为（,）。运用质量守恒定律，单位时间内微元体中流体质量的增加等于同一时间间隔内流入该微元体的净质量。据此得到质量守恒方程: 0=+动量守恒方程：对微元分别在三个方向运用到3个速度分量的动量方程： +=+=+=+)()()(（这里2为拉普拉斯算子：2222222+= 工程上把连续性方程和动量方程合在一起称为程组，构成了不可压缩流体的最基本方程组。 硕士学位论文 9在流体质点系统中，除质量守恒、动量守恒之外，能量守恒定律也同时成立。但是由于对不可压缩流体，能量方程不与速度项相耦合，独立于连续方程和动量方程之外。另外，绝大多数工程应用忽略了系统的温度变化而无须求解能量方程，在论文的研究过程中，也不考虑温度的因素。所以能量方程不是本论文的研究重点，所以在此并不列出。 内紊流模型 内的流态判断 在分析阀内流体时，流体流态的不同，控制方程也会有相应变化。只有准确的判断流体流态才能准确的仿真流体在阀内的情况。流体在管道中的运动具有两种截然不同的运动形态，即层流状态和紊流状态。处于层流状态的流体，质点呈有条不紊、互不掺混的层状形式;而处于紊流状态的流体，质点的运动形式以杂乱无章、相互掺混与涡体旋转为特征。在某些条件下，层流与紊流运动可以相互转化。随流体速度的增加，层流会逐渐丧失它的稳定性，这时任何偶然的小扰动，起初只会引起在稳定的层流附近的微小振荡，随后开始迅速发展，从而进入新的流体运动形态紊流状态。流动状态是层流还是紊流，主要取决于其雷诺数是小于还是大于临界雷诺数R。雷诺数可用下式定义5： e （式中: v流体的平均速度 D水力直径 流体的运动粘度 如果_ 序流程图 系统运行时,通过定时器每间隔T 秒中断一次,完成一次制计算,从而不断调整被控参数。下面是部分程序： （1）对给定量 ,20H ,#20H B 1 ,#2B 同理反馈量这样的处理，扩大了运算范围。 新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 34（2）求C A , , （3）计算例积分环节按照公式（算法计算 212111)2()()2()(+=+=+=K、分、微分系数 1 ,22H / 将写入地址22+）取出 2,25H / 取,1, 23H / 取系数（+）,运算前已将系数存放在这个地址中 2, 26H /取1 微分项也可以按照同样的方法求出 带符号数乘法子程序 / 清除标志位 A, / 判断第二操作数的符号 ，不必处理 ,#80 /清除符号位 ,#80，(符号位是否被占) ,#80 /补上符号位 C 2,A B : ， ,#80 D D A，B，士学位论文 35 （4）检查输出是否超出限幅值 , #N ,(#N 作用根据输出的大小做相应处理。同时还要与负限幅值比较，做同样处理。 单片机中包含可编程计数器阵列（提供增强的定时器功能，与标准8051的计数器/定时器相比，它需要较少的实上8位，出波形也将保持。时器和3个16位捕捉/比较模块组成。每个捕捉/比较模块都可以被独立配置为六种工作方式之一：边沿触发捕捉、软件定时器、高速输出、频率输出、8位择8位要将。 工作时，模块会在出。时器的时基。使用模块的捕捉/比较寄存器时器的低字节（；当计数器/定时器的低字节0保存在需软件干预。通过将来使能8位脉冲宽度调制器方式。8位定22 =256)0256( 8位型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 36根据以上原理，可以让简单的方法就是时要保证一次对每一次序计算出相应的占空比，写入下面是部分程序 #62 /配置8位 A ， 20H / 生成与 B， # B， #2N A 由于单片机内部有端口输出、输入选择方式，每个引脚都可以被定义为通用I/O（模拟输入或被分配给一个内部数字外设。要实现须先配置端口。其方法是将么它所对应的引脚就被分配专门输出程序如下： 0 #07 / A 率放大和辅助电路 单片机产生的流非常小，不足以驱动线圈，所以单片机与线圈之间必然要有电流放大级，一般的以晶体管为核心的简单放大电路已不能满足电液比例阀高效紧凑的要求。随着集成电路制造技术的不断发展，集成功率放大器的性能不断提高。这些功率放大集成电路体积小结构简单，内设多种保护电路，提高了产品的可靠性。虽然这些集成电路主要用来控制直流电机，但直流电机的电流调速原理很类似比例控制器中的控制电流，所以设计中运用成熟的功率放大芯片来做放大电路。 设计中选用美国国家半导体公司推出的直流电机驱动芯片为间驱动电流可达6A，正常工作电流可达3A，还具备温度报警、过热与短路保护的功能23,内部电路如图( 由于电液比例控制器只需控制线圈电流的大，小不需要控制方向，所以将硕士学位论文 37直接接地，实现输出18输出377取样电流。为了形成电流闭环回路，以加快电液比例阀的响应、启动和增强低频稳定性，将这个信号反馈到单片机的模拟通道中。 8051单片机带有一个片内8位个10通道差分输入多路选择器和可编程增益放大器。该转换。A/件命令、定时器0溢出、定时器1溢出、定时器2溢出或外部转换启动信号。这种灵活性允许用软件、外部硬件信号或周期性的定时器溢出信号触发转换。一次转换完成可以产生中断（如果被允许），或者用软件查询一个状态位来判断。设计的电液比例控制器通过这个模数转换通道来接收反馈电流。程序会在每一个动数模转换，并把结果储存到寄存器中，供运用软件启动A/便易于实现，只需在程序中加入相关语句。设计中就采用了这种方式。使用这种方式就是写1到，转换结束后复0。可以用下面语句完成： 0 #06 / 将受电流反馈 A 0 ，#0， #20 / 型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 38A 抗干扰是电液比例控制电路的一个重要指标，信号干扰往往产生于信号的通信电路中25。为此，在单片机增强抗干扰能力。同时为了保护线圈，在阀的输入端设计了续流二极管以保护电路。 偶原理简图 8051与单片机引脚产生的输并倒相，再进入放大电路中，其中放大电路选用了以上的设计在满足电液比例阀控制电路要求的前提下，使用了现代控制技术：数字成熟的电子技术：光电隔离，集成放大电路等。这些技术保证了设计的可靠性和先进性，也代表了电液比例阀控制电路的发展趋势。 结 介绍了电液比例阀控制电路的原理，根据这些原理以及数字电路的优点提出了以单片机为硬件，成熟且将先进可控的后编制了程序，设计了总体电路。 硕士学位论文 39第4章 新型电液比例压力阀的稳态与动态数学模型 言 电液比例阀是电液比例控制系统中的关键控制元件。其首要的特性就是工作时要有良好的稳态特性，液压元件大部分时间都是工作在稳态状态，所以分析其稳态特性对提高其控制性能有重要意义。另外，电液比例压力阀对指令信号和其它干扰信号的动态响应也是衡量阀性能的重要指标。运用动力学和运动学的理论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33，利用计算机的高速运算性能可以方便得对数学模型进行求解，从而达到仿真试验，优化参数的目的。所以建立所设计的新型电液比例压力阀的数学模型意义重大。 型电液比例压力阀的工作原理简图 型电液比例压力阀的稳态数学模型 导级的稳态数学模型 (1) += )(1（111 （新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 401x 先导阀阀芯位移 1k 等效弹簧刚度 比例电磁铁输出推杆位移 弹簧力 电磁铁的指令力 1p 作用在先导锥阀上的油液压力 压力油对先导锥阀的作用面积 先导阀弹簧刚度 （2）先导阀口流量方程： 11112 （1先导阀流量系数 1A 阀口流通面积 液压油密度 （3）液阻112 （同理可以写出2R3223 （2（稳态下0，得到2 （32 (阀的稳态数学模型 （1）根据主阀上的力学平衡列出静力学方程: 22241 （2）主阀腔流量连续方程： =4（42242 （3 （2x主阀芯位移 4p作用在主阀上的压力 2k主阀弹簧刚度 1别为压力4p、阀流量系数 Q、 别为定量泵的输出流量和去工作机构的流量 硕士学位论文 型电液比例压力阀的动态数学模型 根据比例阀的稳态模型，加入动力项就得到比例压力阀的动力学模型。 （1） 先导阀芯和主阀芯的动力学方程分别如下： )()()()()(111121211= （)()()()()(222222222241= （1B、2B 分别为先导阀和主阀上的等效阻尼系数 F 主阀上的瞬态扰动力 （2） 先导阀口的流量方程 )()(2)(111111（)()(2)(224224（1 通过先导阀口流量 4 通过主阀流量 1K、2K 先导阀和主阀口的流量增益 （3） 主阀敏感腔的连续流量方程（不考虑液容效应，液体不可压缩） )()(2 （)()()(2 （4） 液阻2()()(13 （)()()()(43= （)(向负载的流量 )(量泵的输出流量 （5） 先导阀和主阀的容腔连续方程 )()()(11111+= （)()()(22222+= （1V、2V先导阀和主阀的容腔体积 E油液的体积弹性模量 对以上的偏微分方程在初始条件为零的情况下进行拉氏变换得到阀的控制传新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究 42递函数。 （1）先导阀芯和主阀芯的动力学方程分别为： )()()()()(11111211=（)()()()()(2222222241= （2）阀口的流量压力方程 把压力流量方程线性化