基于DPWM控制的并联阵列式数字阀控制特性研究

作     者：朱自强 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王昕

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：流体传动与控制 数字液压 并联阵列式数字阀 差动脉宽调制 

摘      要：伺服阀和比例阀是电液伺服系统中使用最广泛的两个元件,但受其自身的结构影响,使其存在抗油污能力差,工作效率低,安装和维护成本高等缺点。与伺服阀和比例阀相比,开关阀本身价格低廉,且其自身的抗油污能力与油液泄漏方面比伺服阀和比例阀更优异,因此,本文以开关阀为核心元件,采用全新的并联阵列排布方式,设计出一款并联阵列式数字阀,基于此开发出一种新型差动脉宽调制(Differential Pulse Width Modulation,DPWM)控制策略,并分析研究这种方案的控制性能及可行性,为代替伺服阀或比例阀提出一种新的可能性。本文首先从并联阵列式数字阀的组成元件出发,分别分析了常闭阀和常开阀的主要结构及工作原理,建立开关阀的数学模型,搭建了常闭阀和常开阀的仿真模型,分析不同压力下,对常闭阀和常开阀动态特性产生的影响,并以常闭阀为对照组,研究不同压力和输入频率下常闭阀的流量特性变化,测得压力为4MPa的情况下,常闭阀的临界开关频率为5.02Hz,通过开关阀的动态特性实验,验证了仿真模型搭建的准确性。其次设计了并联阵列式数字阀的具体构型,提出一种DPWM控制策略原理,建立并联阵列式数字阀数学模型,分析数字阀系统输入延时时间和输入信号频率与输出流量之间的关系,搭建并联阵列式数字阀仿真模型,分析研究并联阵列式数字阀动流量特性,提出了通过占空比修正的方式来提高并联阵列式数字阀的控制效果。而后设计了并联阵列式数字阀控制系统,建立了并联阵列式数字阀控制系统数学模型,开发了自适应占空比修正的DPWM控制策略,并利用离散比例积分微分(Proportion Integral Differential,PID)控制算法,通过AMESim-MATLAB联合仿真研究并联阵列式数字阀控制系统在不同速度输入下的闭环控制效果。最后搭建了并联阵列式数字阀系统实验台,完成了不同输入延时时间和不同输入频率下,并联阵列式数字阀系统动态特性测试实验,并与单个开关阀动态特性实验结果进行对比,得出并联阵列式数字阀能够突破单个开关阀自身的最大开关频率,而且改善了输出流量的线性控制范围等结论,从而验证了所提出的并联阵列式数字阀及其DPWM控制策略的可行性。