http://www.jiangmenshengjiangchechuzu.com/ 花都路灯车出租,   南沙路灯车出租, 广州路灯车出租    路灯车进出口独立阀控系统建模及特性分析

      花都路灯车出租,   南沙路灯车出租,  广州路灯车出租     路灯车进出口独立阀控系统建模及特性分析       在对称阀控对称缸的系统中，比例阀的静态特性即为系统的特性，而在进出口独立阀控系统中，存在两个比例阀，无法直接通过某个阀的特性来反应系统特性。但是可以根据上文对称阀控对称缸的建模原理和分析过程，类比建立起进出口独立阀控非对称缸的数学模型，并类似地对其压力流量等静态特性进行分析，为后面的控制策略的设计和仿真试验研究提供一定的理论基础。

      1进出口独立阀控系统数学模型,   进出口独立阀控系统原理:    无杆腔腔压力1p，流量为1q，有杆腔腔压力为2p，流量为2q，负载力F向左为正方向，供油压力为sp，无杆腔面积1A，有杆腔面积2A。进出口独立阀控系统相对于经典的阀控对称缸的区别在于：（1）两腔活塞面积不同，加入变量面积比，但当液压缸确定之后，面积比即为常量；（2）两个控制阀的阀芯位移可以不一样，加入两个相互独立的变量v1x和v2x；（3）阀控对称缸中，两腔面积相同，流量相同，负载压力Lp和负载流量Lq可以直接定义；在进出口独立控制中，两腔的面积和流量，负载压力Lp和负载流量Lq都不相同，需要重新定义。系统受力方程为1122pA-pA=F,  定义负载压力,    其中面积比，因为1122q=Av,q=Av，  当左腔连接高压油，右腔连油箱时，两腔流量,  定义负载流量.   当n=1，v1v2x=x时，即为对称阀控对称缸，此时sLLdvppqCWx.   此时与阀控对称缸公式结果一样。两边同时除以dvmaxsCWxp进行归一化.   当n=1，v1v2x=x时Lv2Lq=x(1-p)(2-20)与阀控对称缸公式一样。当右腔连接高压油，左腔连油箱时，两腔流量,  则负载流量.  当n=1，v1v2x=x时，即为阀控对称缸，此时sLLdvppqCWx与阀控对称缸公式一样。两边同时除以dvmaxsCWxp归一化,   与阀控对称缸公式一样。由此可得进出口独立阀控系统的流量压力和两阀芯位移之间的关系. 

        2进出口独立阀控系统特性分析,   在阀控对称缸中的公式中，有三个变量：负载压力Lp、负载流量Lq和阀芯位移vx，可以得到三维图形，或者一个变量不变的情况下，得到另外两个变量的二维曲线族。但在进出口独立阀控控制中，有五个变量：负载压力Lp、负载流量Lq、左阀芯位移v1x、右阀芯位移v2x和两腔面积比。通常当一个系统结构确定之后，其两腔面积比为不变常数，则存在4个变量，当固定一个变量时，可以得到其他三个变量的三维曲线，或者固定两个变量，得到另外两个变量的二维曲线。对于进出口独立阀控控制系统，在油源为恒压源且不考虑流量再生的情况下，主要包括三种控制方式：进口节流，出口节流，进出口节流。进口节流是回油路阀口全开，进油路阀节流控制；出口节流是进油路阀全开，回油路阀节流控制；进出口同时节流是进油路阀和回油路阀同时节流，但其功能不同，比如一个阀控制流量，另一个阀控制压力等。三种控制方式的静态特性是不同的，但考虑到第一种进口节流控制只能够应用于阻抗负载工况，对于超越负载工况无法进行控制，而第三种进出口同时节流方式会涉及到不同的控制策略，较难全面分析，故此处以出口节流控制方式为例，对其负载流量压力特性进行理论分析，另外两种方式可采用类似的方式得到。出口节流方式包括两种情况，一是无杆腔连高压油，有杆腔连接油箱，无杆腔阀全开，有杆腔阀节流控制；二是有杆腔连高压油，无杆腔连油箱，有杆腔阀全开，无有杆腔阀节流控制。根据上面推导的公式，第一种情况时无杆腔阀全开，即v1x=1，第二种情况时有杆腔阀全开，即v2x=1，故可以得到出口节流方式的特性公式.

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      （a）负载范围,  对于对称液压缸，其两腔面积相同，故负载压力正负方向的取值范围大小一样，但对于非对称液压缸，由于两腔面积不同，根据前文负载压力的定义，其负载压力在正负两个方向上的取值范围也不相同，需要对其进行计算分析。对于液压缸伸出工况，当有杆腔阀开口到达最大，即有杆腔压力近似为零时，系统能够承受最大的正向负载，此时Lmax2s1pA=pA   即Lmaxp=1   对于伸出并承受负向负载时，因无杆腔阀全开，其压力近似等于油源压力ps，此时有杆腔压力为21Lp=p+p.    有杆腔压力较大，可能存在压力超限的情况，超出阀的正常工作范围。所以一般在实际应用中，会通过一些其他方法来减小进油腔即无杆腔的压力值，如降低油源压力、流量匹配控制等，使其处于不吸空的低压即可，这样就可以大大增加出口节流系统承受负向负载的范围。此处暂不分析。对于液压缸缩回工况，当无杆腔阀开口最大时压力近似为零，系统能够承受最大的负向负载，此时Lmin2s2-pA=pA即Lminp=-1对于缩回并承受正向负载时，因有杆腔阀全开，其压力近似等于油源压力，此时无杆腔压力较大，与上面的分析类似。在现有的液压阀控缸系统中，较为常见的是对称阀控非对称缸系统，根据文献中的分析，单阀控缸系统必须满足两腔压力之和小于油源压力sp的条件，因此该系统能够承受的有效负载范围较小，在超越工况时，超出有效范围的负载会产生压力超限或气蚀现象，系统无法正常工作。而在进出口独立阀控系统中，由于两阀的机械耦合被打破，控制自由度增加，故其能够承受的有效负载范围增大，超越工况能够承受的最大负载理论上由阀的最大承载能力决定，不会像对称阀控非对称缸系统那样在达到最大承载能力之前发生气蚀现象。因此，进出口独立阀控系统的承受负载范围较传统单阀控缸系统有所增加。

    （b）速度特性,  若假设两腔面积比值n=0.5，则根据上面的公式以及负载压力的取值范围，可得到出口节流系统负载流量，负载压力和回油阀芯位移的关系。其中，当负载流量为正时，阀芯位移代表有杆腔阀，负载流量为负时，阀芯位移代表无杆腔阀。通过选取一系列不同的阀芯位移，可以得到在阀芯全部行程范围内的流量压力曲线。流量压力特性曲线是阀口开度一定时压力和流量的关系，它描述了负载流量对负载压力的敏感程度。图中上半部分表示液压缸伸出，下半部分代表液压缸缩回，由于两腔面积为n=0.5，故正向负载的最大值为2，负向负载的最大值为1。在回油阀处于中位附近时，压力流量特性曲线的斜率非常小，近乎水平线，这表示改系统在阀口开度较小时，负载压力对负载流量的影响较小，系统的刚度较大。压力流量特性曲线中最外侧的两条曲线，描述了该系统能够控制负载的范围，即只有当负载所需要的负载压力和负载流量能够被该曲线包围时，系统才能对该负载进2行控制。图中最外侧两条曲线近似相同，这表示对于出口节流系统，液压缸伸出和缩回时负载的范围和系统的工作能力基本相同。下半部分的曲线族分布均匀一些，而上半部分的曲线族分布很不均匀，阀口开度越大，曲线族越密集。其物理解释为，液压缸伸出时，当阀口开度在比较小的值范围变化时，其压力—流量曲线变化较大，而当阀口开度越接近于最大时，其压力流量特性曲线几乎无变化。这也可以通过流量特性曲线来表示，流量特性曲线是当负载压力一定时，负载流量和阀芯位移之间的关系，通常研究的是负载压力为0时的空载流量特性，取负载压力为0时得到的流量特性曲线。第一象限表示的是液压缸伸出时的工况，流量曲线为非线性的，表明随着阀口开度的增大，对流量的控制性能逐渐降低，在阀口开度很小时对流量的控制最灵敏。而第三象限的曲线近似于线性的，表明缸缩回过程中阀对流量的控制敏感度几乎不变，原因可能是进出口独立控制非对称缸，阀和缸的控制特性都不对称，所以伸出和缩回时的特性有较大的差别。另外，流量特性曲线的斜率有所减小，即流量增益有所降低，原因是在单阀控缸系统中，单位阀芯位移的改变使得两腔压力朝着相反的方向迅速变化，而在进出口独立阀控系统中，改变一个阀芯位移只能使得一腔的状态发生变化，故其系统流量相对于单阀控系统有所减少。

       （c）压力增益特性,  压力特性是阀控缸系统的又一个重要特性，其中最主要的就是压力增益。压力增益是指负载流量不变时，负载压力与阀芯位移之间的关系，即输入单位阀芯位移所产生的负载压力变化量，它表示了阀对负载压力控制的灵敏度。比较重要的是负载流量处于零附近时的压力增益，控制阀处于零位附近，此时的压力增益的大小与系统的位置控制有直接的关系，在位置闭环控制中，当控制环的比例增益一定时，系统本身压力增益越大，定位精度越高，反之则越小。在下面的分析中，压力增益特性所指的都是负载流量为零附近时的压力增益。对于理想的滑阀，其压力增益特性曲线十分理想化，不具有参考意义，实际中滑阀的压力特性曲线大多是由于泄漏的原因产生，通过试验测试得到，死区的长度和斜率是最重要的特性。此处根据测试压力增益特性的试验原理，对传统四通滑阀和进出口独立阀控系统的压力增益进行定性的比较分析。测试比例阀或阀控缸系统的压力增益特性的试验原理如图2-10所示，将A口和B口与液压缸连接的管路堵死，使阀初始处于中位，然后缓慢调节阀口开度，测量A和B两口的压力并求其差值，待其差值达到油源压力sp时停止，再反向测试，即可求得系统的实际压力特性曲线，其中死区的长度和死区内曲线的斜率即表征了系统的压力增益特性，压力增益的大小与系统位置控制的定位精度有直接的关系，压力增益越大，定位精度越高。根据该过程工作原理，可以定性的分析进出口独立阀控系统的压力特性。将进出口独立系统与液压缸两腔相连的管路堵死，测量两管路的压力值并求其差值。以出口节流系统为例，回油路阀全开，通过缓慢调节进油路阀的阀芯位移，测量A和B两口压力，即可得到出口节流系统的压力增益特性。可通过公式定性分析进出口独立阀控系统与单阀控缸系统的压力增益特性对比，负载压力和两腔压力的关系为L12p=p.   当阀芯位移改变x时，两腔压力改变1p和2p，所以负载压力的变化,  所以系统的压力增益.  对于单阀控缸系统，当阀芯位移改变时，两腔压力朝着相反的方向变化，符号相反，所以压力增益.   对于出口节流系统，回油路阀芯位移改变时，回油腔压力变化，而进油腔压力保持不变，所以系统的压力增益,   所以出口节流系统的压力增益小于四边联动滑阀控缸系统的压力增益，在位置控制时其定位精度会有所降低。类似的，对于进口节流系统，其压力增益也小于四边联动滑阀控缸系统。

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