[发明专利]一种基于比例阀精确建模的非对称电液比例系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种基于比例阀精确建模的非对称电液比例系统的控制方法，该专利针对非对称电液比例系统在负载，结构等非对称因素影响下，比例阀输出流量特性不对称，影响整个系统的控制问题，提出以理想线性的比例阀流量模型为控制目标，对实际负载流量非对称的比例阀进行精确建模，并通过两次函数求解的方法得到补偿方程，使得输出经过补偿后，能够达到理想模型的流量输出，实现负载流量输出不受负载、阀的内部流态影响，从而使比例阀模型为线性模型，非对称电液比例系统为线性系统，最后通过统一的线性控制策略对非对称电液比例系统实现高精度控制。

技术领域

本发明属于机械与电子技术领域，特别涉及一种基于比例阀精确建模的非对称电液比例系统的控制方法。

背景技术

现有的电液系统正反速度特性一致性研究通过非对称结构改进，或者复杂的现代控制策略解决非对称响应问题，都存在一定的应用难题，还有些学者利用比例阀的负载流量模型进行补偿调节，但是其模型建立忽略了伺服阀内部的流态的影响，调节的范围和精度有限，对于比例阀开口较小和外部负载过大时，调节偏差大，难以实现非对称电液比例系统时变小位移跟踪的高精度响应。根据以上分析，现有的非对称控制策略在制造成本，复杂工况，稳定性方面无法满足现场实用。本发明提出通过比例阀精确建模，将比例阀流量输出特性通过补偿，成为线性的流量模型，最后通过现有的线性控制策略实现非对称电液系统的高精度控制，该控制方法提出对于工业现场可实用的非对称控制策略有重要的工程意义。

发明内容

本发明提供了一种基于比例阀精确建模的非对称电液比例系统的控制方法，其目的在于，克服现有技术中对于实现一般性的非对称电液系统控制的缺陷，利用补偿函数将比例阀流量输出的非对称，非线性，补偿成对称、线性系统模型，使得采用统一线性控制器实现非对称系统的响应高精度，降低控制器设计难度，减少控制参数调试工作量。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种基于比例阀精确建模的非对称电液比例系统的控制方法，利用比例阀的数学模型，并基于理想线性的比例阀输出流量模型，对补偿函数进行求解，得到实现负载流量的对称的补偿方程；

其中所述的补偿方程为：

其中：当x_v＞0时，Δp＝P_s-P₁；当x_v≤0时，Δp＝P₁-P_R，P_S为液压泵供油压力，P_R为油液回油箱压力，P₁为无杆腔的压力；ρ为液压油密度，单位为kg/m³；ν为流体的运动粘度，单位为m²/s；x_v阀口的开口量单位为m；C_dt为湍流状态下的阀口流量系数；k_c为与临界雷诺数相关的系数，0.1R_c≤k_c≤0.2R_c，其中R_c为临界雷诺数；Δp为阀口压差，单位为Pa，w为比例阀阀口面积梯度，单位为m。

所述的一种基于比例阀精确建模的非对称电液比例系统的控制方法，补偿函数通过比例阀输入信号补偿实现：

以比例阀设定输入信号为u，实际输入信号为u'，控制实际输入为：

其中γ＝k_cν，当x_v＞0时，Δp＝P_s-P₁；当x_v≤0时，Δp＝P₁-P_R；x_vmax为阀芯位移的最大值。

所述的一种基于比例阀精确建模的非对称电液比例系统的控制方法，所述的比例阀数学模型为：