REXROTH,力士樂比例閥，REXROTH電磁閥，力士樂電磁閥

REXROTH,力士樂比例閥，REXROTH電磁閥，力士樂電磁閥
比例控制閥主要用於開回路控制（open loop control）;比例控制閥的輸出量與輸入信號成比例關(guān)系,且比例控制閥內(nèi)電磁線圈所產(chǎn)生的磁力大小與電流成正比.
在傳統(tǒng)型式的液壓控制閥中,只能對液壓進(jìn)行定值控制,例如:壓力閥在某個設(shè)定壓力下作動,流量閥保持通過所設(shè)定的流量,方向閥對於液流方向通/斷的切換.因此這些控制閥組成的系統(tǒng)功能都受到些限制,隨著技術(shù)的進(jìn)步,許多液壓系統(tǒng)要求流量和壓力能連續(xù)或按比例地隨控制閥輸入信號的改變而變化.液壓伺服系統(tǒng)雖能滿足其要求,而且精度很高,但對於大部分的工業(yè)來說,他們并不要求系統(tǒng)有如此高的,而希望在保證定控制的條件下,同時(shí)價(jià)格低廉,工作可靠,維護(hù)簡單,所以比例控制閥就是在這種背景下發(fā)展起來的.
比例控制閥可分為壓力控制閥,流量控制及方向控制閥三類.
壓力控制閥:用比例電磁閥取代引導(dǎo)式溢流閥的手調(diào)裝置便成為引導(dǎo)式比例溢流閥,其輸出的液壓壓力由輸入信號連續(xù)或按比例控制.
流量控制閥:用比例電磁閥取代節(jié)流閥或調(diào)速閥的手調(diào)裝置而以輸入信號控制節(jié)流閥或調(diào)速閥之節(jié)流口開度,可連續(xù)或按比例地控制其輸出流量.故節(jié)流口的開度便可由輸入信號的電壓大小決定.
方向控制閥:比例電磁閥取代方向閥的般電磁閥構(gòu)成直動式比例方向閥,其滑軸不但可以換位,而且換位的行程可以連續(xù)或按比例地變化,因而連通油口間的通油面積也可以連續(xù)或按比例地變化,所以比例方向控制閥不但能控制執(zhí)行元件的運(yùn)動方向外,還能控制其速度.
為了滿足車輛對比例閥驅(qū)動電路可靠、節(jié)能及體積小等方面的要求，在分析了比例同工作原理及傳統(tǒng)驅(qū)動技術(shù)的缺陷的基礎(chǔ)上，提出了在車輛上應(yīng)用PWM驅(qū)動技術(shù)必要性;并針時(shí)該驅(qū)動方式開環(huán)控制精度低的缺點(diǎn)引入了電流反情閉環(huán)控制技術(shù);zui后，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該驅(qū)動控制技術(shù)的性.
隨著社會的發(fā)展，人類對汽車的和環(huán)保提出了更高的要求，傳統(tǒng)的機(jī)械裝置已經(jīng)無法滿足某些汽車功能的有關(guān)要求，因而將逐步被現(xiàn)代汽車電子控制技術(shù)所取代.由于液壓系統(tǒng)能夠在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并能加以控制，目前在汽車的各個系統(tǒng)中依然競相采用微電子與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合的電液比例控制裝置.電液比例控制技術(shù)的進(jìn)步使車輛變速、轉(zhuǎn)向、制動等各種系統(tǒng)的電子控制成為現(xiàn)實(shí)，它的應(yīng)用顯著提高了汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，改善行駛的穩(wěn)定性和舒適性.
比例閥工作原理
電液比例控制裝置的核心元件電液比例閥具有結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高、安裝使用靈活以及抗污染能力強(qiáng)等多方面優(yōu)點(diǎn).目前在車輛上取得廣泛應(yīng)用的是比例壓力閥，如在電子控制式自動變速器（ECT），電子式輔助液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）及制動防抱死系（ABs）等總成中都有個或幾個比例壓力閥來實(shí)現(xiàn)對壓力平滑地控制.下面以個典型的ECT的比例溢流閥為例分析比例壓力閥的工作原理.根據(jù)閥口流量公式、閥芯受力平衡公式及流量連續(xù)公式可以建立該溢流閥的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，設(shè)該溢流閥接恒流源，即q，設(shè)為定值（25U而n），給定電流的變化函數(shù);利用InaUab編寫M函數(shù)對該模型進(jìn)行數(shù)值仿真，可以得到壓力凡隨電流1變化的關(guān)系，如圖2所示.利用求得的這些數(shù)值解進(jìn)行zui小二乘曲線擬合，可以得到壓力凡隨電流1變化的函數(shù)凡二f（i）.
傳統(tǒng)驅(qū)動與控制技術(shù)
比例閥驅(qū)動與控制系統(tǒng)對控制信號進(jìn)行處理和放大，驅(qū)動銜鐵輸出推力，因此，該系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個液壓系統(tǒng)的.大多數(shù)比例閥的提供與其產(chǎn)品配套的功率放大器，這種的功率放大器的原理圖如圖3所示.該電路由顫振信號發(fā)生電路、控制信號疊加電路及U/I轉(zhuǎn)換電路三部分組成.顫振電路是為了減小磁滯及庫侖摩擦引起的死區(qū)和滯環(huán)，提高比例閥對電流響應(yīng)的靈敏度，顫振信號的頻率為彈簧系統(tǒng)無阻尼自然頻率的2倍，般為2030HZ，常用的顫振信號為正弦波或三角波，振幅約為額定控制信號的10%20%.控制信號電壓與顫振信號電壓通過反相加法運(yùn)算電路進(jìn)行疊加，為滿足相位的要求，其后又增加反相器.zui后的U/I轉(zhuǎn)換電路將輸人的電壓信號轉(zhuǎn)換為比例閥線圈的控制電流輸出.
該功率放大器的功放三極管工作于線性放大區(qū)，其集電結(jié)發(fā)熱量較大，并且電阻Rll與比例閥線圈通過的電流幾乎相同，所以Rll的功率高達(dá)10w，因此三極管和電阻Rll容易燒壞，而兩個器件過高的溫度對其旁邊的運(yùn)算放大器的工作也有影響.另外，由于計(jì)算機(jī)無法與比例電磁鐵直接接口，要產(chǎn)生具有定精度的控制信號，必須要使用D/A轉(zhuǎn)換器.
PWM比例閥驅(qū)動技術(shù)
傳統(tǒng)的比例閥驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用的空間尺寸大、成本很高、控制精度低、可靠性差.而車輛上的比例閥驅(qū)動電路力求簡單、可靠和節(jié)能，傳統(tǒng)的驅(qū)動電路顯然不能夠滿足要求.而PWM驅(qū)動技術(shù)能簡化驅(qū)動電路、提高工作的可靠性，更適合應(yīng)用于車輛等移動機(jī)械系統(tǒng).
PWM驅(qū)動技術(shù)電路原理如下:微處理器產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號快速控制串聯(lián)在電源與比例閥線圈間的復(fù)合晶體管的通斷，電壓以方波的形式加在比例閥線圈的兩端，其平均電壓由占空比決定，由于線圈的電感作用，使通過電流變?yōu)榀B加小幅度交流信號的直流信號，該小幅度的交流信號起到了顫振作用，因此可省去專門的顫振電路，線圈兩端的電壓及通過電流的波形如圖4所示.這種驅(qū)動技術(shù)要求的電子元件較少，而且無需D/A轉(zhuǎn)換器，可與計(jì)算機(jī)直接接口，工作可靠性高;復(fù)合晶體管處于飽和或截狀態(tài)，這種驅(qū)動電路具有功耗低、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，并且發(fā)熱量也比較少.
電流反饋閉環(huán)控制技術(shù)
采用PWM驅(qū)動電路時(shí)比例閥線圈的平均過通電流不但與PWM信號的占空比有關(guān)，還與銜鐵的位置和負(fù)載有關(guān)，換句話說，線圈過通電流與占空比不呈現(xiàn)嚴(yán)格的比例關(guān)系.因此PWM驅(qū)動電路雖然在可靠性及節(jié)能方面能夠滿足車輛的使用要求，但其開環(huán)控制精度較低，在許多需要控制的場合不能滿足應(yīng)用要求.采用閉環(huán)控制無疑可以提高控制精度，如利用比例溢流閥控制系統(tǒng)壓力時(shí)，我們希望利用壓力傳感器檢測到的實(shí)際壓力，并利用該信號與目標(biāo)壓力的偏差來調(diào)節(jié)占空比，從而控制比例閥實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié).然而，利用傳感器監(jiān)測系統(tǒng)的壓力在車輛系統(tǒng)中是非常困難的，甚有時(shí)是不可能實(shí)現(xiàn)的，并且個響應(yīng)快速、分辨率高的傳感器十分昂貴個可行的替代方案是利用壓力與比例閥線圈過通電流的比例關(guān)系，通過檢測比例閥線圈的實(shí)際過通電流，然后利用函數(shù)凡=f（i）轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的實(shí)際壓力值，利用實(shí)際壓力與目標(biāo)壓力的偏差值來調(diào)節(jié)占空比，實(shí)現(xiàn)對壓力的動態(tài)調(diào)節(jié).
zui的檢測過通電流的方法是比例閥線圈、電源和開關(guān)管之間串聯(lián)個阻抗性分流器，通過檢測分流器兩端的電壓計(jì)算出通過線圈的電流.根據(jù)分流器串聯(lián)在電路中位置的不同檢測電路有兩種形式:低端電流檢測（如圖6.a所示）及電流檢測.
前者的電流檢測部分的放大器可以是個普通運(yùn)算放大器，放大器成本較低;但該電路不能檢測感應(yīng)電流，只能提供個不十分的平均電流值;由于開關(guān)管工作于高電壓端，這時(shí)需要的變換電路將計(jì)算機(jī)的輸出邏輯電平轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動復(fù)合晶體管的控制邏輯電壓，這使得電路的造價(jià)升高并且降低了可靠性;由于短路電流不通過分流器，必須另外設(shè)計(jì)的短路檢測電路，因?yàn)槿绻搪非闆r不被發(fā)現(xiàn)，會造成線圈繞組和復(fù)合晶體管的損壞.后者的電流檢測部分的放大器由于工作于高壓端，所以必須選用高共扼抑制比的差分運(yùn)算放大器，價(jià)格要比普通運(yùn)算放大器稍高;但該電路可以檢測感應(yīng)電流，提供個更加準(zhǔn)確的平均電流;開關(guān)管工作于地端，計(jì)算機(jī)輸出的邏輯電平可以直接驅(qū)動復(fù)合晶體管;個更重要的好處是由于短路電流要通過分流器，該電路可以同時(shí)起到檢測短路的作用.綜合考慮，電流檢測電路簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠性更高，因此更適合于在車輛這種移動機(jī)械上使用.
為了驗(yàn)證電流反饋閉環(huán)控制的性，分別在開環(huán)控制時(shí)和采用電流反饋閉環(huán)控制時(shí)（采用電流檢測電路和傳統(tǒng)的PID控制算法）對比例溢流閥做了人口壓力階躍響應(yīng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果對比如圖7所示，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用閉環(huán)控制時(shí)系統(tǒng)壓力無論是調(diào)節(jié)時(shí)間還是穩(wěn)態(tài)誤差都比開環(huán)控制時(shí)顯著減少.
結(jié)束語
在分析比例閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)的比例閥驅(qū)動電路的不足和缺點(diǎn)，引人了PWM比例閥驅(qū)動電路，該電路更加簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠性更高、占用空間尺寸更小，因此更能滿足車輛對電控系統(tǒng)簡單、可靠和節(jié)能的要求.
提高控制精度提出電流反饋閉環(huán)控制技術(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)證明了該控制技術(shù)，具有電路簡單，可靠性好，響應(yīng)快速，穩(wěn)態(tài)誤差小等優(yōu)點(diǎn)，能達(dá)到滿意的控制效果，非常適合應(yīng)用于車輛等移動機(jī)械上