一种气动比例阀颤振补偿中的参数整定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种参数整定方法，尤其涉及一种气动比例阀颤振补偿信号的参数整定方法，属于机电一体化领域。
【背景技术】
[0002]在气动驱动控制装置的实际应用中，气动控制阀的非线性问题成为制约控制阀控制效果的主要因素。其中，气动比例阀的非线性具体表现为其输出的滞环和死区，并且，这种非线性会影响整个阀控系统的控制效果，并导致执行机构也出现相应的滞环和死区特性。
[0003]为消除气动比例阀的非线性对于控制效果的不良影响，往往采用在比例阀控制信号的基础上叠加颤振补偿信号的方法。颤振信号为高频且均值为零的信号，一般为正弦波信号。颤振补偿信号虽可以有效消除比例阀的滞环特性，然而该信号具有特定幅值和频率，在使用前必须对该信号参数进行整定以达到最理想的补偿效果。在实际使用时，往往采用试凑的方法来整定颤振信号的频率及幅值，但该试凑的方法耗时且难以获得具有最佳补偿效果的颤振信号。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有试凑方法耗时的问题，提供一种气动比例阀颤振补偿信号的参数整定方法。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0006]一种气动比例阀颤振补偿信号的参数整定方法，具体步骤如下:
[0007]步骤一、对颤振信号的幅值进行整定:
[0008](I)在气动比例阀控制范围内等间距地选取若干个工作点控制电量Un(电压或电流)，工作点的选取应避开比例阀的死区及非线性区；
[0009](2)当对气动比例阀输入工作点电量uji阀芯运动完全停止后，缓慢增大控制电量，利用位移传感器记录使阀芯再次开始运动的控制电量um(电压或电流)；
[0010](3)通过步骤一(I)的工作点控制电量11?与步骤一(2)的控制电量u ?>即可得到最小控制电量(Um-Un)，对所获得最小控制电量求取平均值，因为最小控制电量与阀芯所受摩擦力为线性比例关系，反映了阀芯所受摩擦力的特性，则平均值的4-5倍即为具有最佳补偿效果的颤振信号的幅值。
[0011]步骤二、对步骤一所得的最佳补偿效果的颤振信号的幅值进行检验；
[0012]对步骤一所得的最佳补偿效果的颤振信号的幅值进行检验的方法为:颤振信号的频率暂时设为比例阀的截止频率，使用流量传感器对比例阀的正反行程输出流量曲线进行测定，或是使用位移传感器测定比例阀阀芯正反行程位移曲线，通过观察正反行程曲线的重合程度来验证颤振信号的补偿效果。
[0013]步骤三、对于颤振信号频率进行整定
[0014]将颤振信号的频率设置为比例阀的截止频率，并根据步骤二所得曲线对频率进行微调；降低颤振信号的频率以便使正反行程曲线重合；此时完成对于颤振信号频率进行整定;
[0015]步骤四、对比例阀的截止频率进行再次测量，将颤振信号的频率调至此时截止频率；颤振信号对于比例阀的频率响应带宽有拓宽作用，将颤振信号的频率调至此时截止频率，会使补偿效果更好。
[0016]所述若干个工作点的数量至少为11个；
[0017]颤振信号的主要补偿原理为，颤振信号的幅值足够高，足以在未加入控制信号只有颤振信号的情况下，也可使阀芯克服最大静摩擦力，并使其处于一种“高频微动”状态，即所受摩擦力一直为动摩擦力。这种状态可使比例伺服阀在被控过程中，最大程度的消除了“动静摩擦力切换”这一环节，也削弱了阀芯所受摩擦力的非线性特性。
[0018]有益效果
[0019]1、本发明的一种气动比例阀颤振补偿信号的参数整定方法，和传统试凑法相比，大大缩短了整定时间，极具应用价值；
[0020]2、本发明的参数整定方法从补偿摩擦力的角度出发，所整定出的颤振补偿信号对于阀内摩擦力有较好的补偿效果。
【附图说明】
[0021]图1为颤振信号参数整定实验及补偿效果验证实验原理图；
[0022]图2为使阀芯运动的最小控制电压曲线；
[0023]图3为未加入颤振信号时，比例阀的正反行程流量曲线；
[0024]图4为加入颤振信号后，比例阀的正反行程流量曲线；
[0025]图5为未加入颤振信号时，比例阀阀芯的正反行程位移曲线；
[0026]图6为加入颤振信号后，比例阀阀芯的正反行程位移曲线。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
[0028]实施例1
[0029]以控制电压信号为1-9V的市售一般气动比例阀为例，对本颤振信号整定方法作出具体介绍。颤振信号参数整定实验及补偿效果验证实验原理图如图1所示。
[0030]步骤一、对颤振信号的幅值进行整定:
[0031](I)在比例阀的输入电压范围1-9V内选取若干个工作点控制电压un:3V，3.5V, 4V，4.5V, 5V, 6.5V, 7V, 7.5V, 8V, 8.5V(工作点控制电压的选择避开了死区和非线性区)；
[0032](2)当对阀输入了工作点控制电压且阀芯也静止之后，在工作点控制电压的基础上缓慢加大控制电压，当阀芯出现开始运动时(选用基恩士激光位移传感器，重复精度为2 μ m，也可根据需要选用其他位移传感器)，记录此时电压值um;
[0033](3) Un1-Un即为使阀芯在该基准位置运动的最小控制电压，对该最小控制电压求取平均值，平均值的4-5倍即为颤振信号的幅值。该市售的一般气动比例阀所测得的各位置最小控制电压如图2所示，横轴为工作点控制电压后，阀芯所停止的相对位置。图2中为气源压力0.3MPa与0.5MPa下的比例阀最小控制电压曲线，从图2可知0.3MPa下幅值的范围为 0.1V 至 0.125V，0.5MPa 下为 0.256V 至 0.32V。
[0034]步骤二、对步骤一所得的最佳补偿效果的颤振信号的幅值进行检验:
[0035]将颤振信号频率设为气动比例阀截止频率，幅值设为上述第(3)步中的整定幅值，后可测定气动比例阀正反行程流量曲线，通过观察正反行程曲线的重合程度来验证颤振信号的补偿效果。
[0036]步骤三、对于颤振信号频率进行整定:
[0037]将颤振信号的频率设置在比例阀截止频率，可根据上述步骤二所得正反行程流量曲线对频率进行微调，降低颤振信号频率以便使正反行程曲线重合。
[0038]步骤四、可对比例阀的截止频率进行再次测量，将颤振信号的频率调至此时截止频率附近；颤振信号对于比例阀的频率响应带宽有拓宽作用，将颤振信号的频率调至此时截止频率，会使补偿效果更好。加入颤振信号后，该比例阀在加入颤振信号后截止频率在50Hz附近。
[0039]经过上述的整定过程，在气源压力为0.3MPa时，应用于该气动比例阀的颤振补偿信号幅值为0.1V，频率为50Hz，气源压力为0.5MPa时，颤振补偿信号幅值为0.28V，频率为50Hzo
[0040]图3为在未加入颤振信号时气动比例阀的正反行程流量曲线，可看出两曲线差异较为明显，有明显的滞环特性。图4为加入颤振补偿信号后比例阀的正反行程流量曲线，可看出，滞环特性被有效的消除。图5为在未加入颤振信号时气动比例阀阀芯的正反行程位移曲线，滞环特性明显，图6为加入颤振信号后的正反行程位移曲线，滞环特性被有效的消除。
【主权项】
1.一种气动比例阀颤振补偿信号的参数整定方法，其特征在于:具体步骤如下: 步骤一、对颤振信号的幅值进行整定: (1)在气动比例阀控制范围内等间距地选取若干个工作点控制电量un(电压或电流)，工作点的选取应避开比例阀的死区及非线性区； (2)当对气动比例阀输入工作点电量uji阀芯运动完全停止后，缓慢增大控制电量，利用位移传感器记录使阀芯再次开始运动的控制电量!!^电压或电流)； (3)通过步骤一⑴的工作点控制电量11?与步骤一⑵的控制电量Um即可得到最小控制电量(Um-Un)，对所获得最小控制电量求取平均值，因为最小控制电量与阀芯所受摩擦力为线性比例关系，反映了阀芯所受摩擦力的特性，则平均值的4-5倍即为具有最佳补偿效果的颤振信号的幅值； 步骤二、对步骤一所得的最佳补偿效果的颤振信号的幅值进行检验； 对步骤一所得的最佳补偿效果的颤振信号的幅值进行检验的方法为:颤振信号的频率暂时设为比例阀的截止频率，使用流量传感器对比例阀的正反行程输出流量曲线进行测定，或是使用位移传感器测定比例阀阀芯正反行程位移曲线，通过观察正反行程曲线的重合程度来验证颤振信号的补偿效果； 步骤三、对于颤振信号频率进行整定 将颤振信号的频率设置为比例阀的截止频率，并根据步骤二所得曲线对频率进行微调；降低颤振信号的频率以便使正反行程曲线重合；此时完成对于颤振信号频率进行整定。
2.如权利要求1所述的一种气动比例阀颤振补偿信号的参数整定方法，其特征在于:步骤三后还能够对比例阀的截止频率进行再次测量，将颤振信号的频率调至此时截止频率，会使补偿效果更好。
3.如权利要求1所述的一种气动比例阀颤振补偿信号的参数整定方法，其特征在于:步骤一(I)所述工作点的数量至少为11个。
【专利摘要】本发明涉及一种参数整定方法，尤其涉及一种气动比例阀颤振补偿信号的参数整定方法，属于机电一体化领域。方法为：对所获得最小控制电量(um-un)求取平均值，平均值的4-5倍即为具有最佳补偿效果的颤振信号的幅值。使用流量传感器对比例阀的正反行程输出流量曲线进行测定，或是使用位移传感器测定比例阀阀芯正反行程位移曲线，通过观察正反行程曲线的重合程度来验证颤振信号的补偿效果。再根据曲线对频率进行微调；降低颤振信号的频率以便使正反行程曲线重合；此时完成对于颤振信号频率进行整定；本发明和传统试凑法相比，大大缩短了整定时间，极具应用价值；本发明所整定出的颤振补偿信号对于阀内摩擦力有较好的补偿效果。
【IPC分类】F16K37-00
【公开号】CN104864170
【申请号】CN201510333032
【发明人】王涛, 宋扬, 黄雷生, 范伟
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月16日