有源、流量闭环先导级为驱动的电液流量控制理论与方法

电液技术中，比例流量阀所起作用就像电气技术中的大功率晶体管，会影响整个系统性能的优劣和主机的竞争力。针对现有技术采用压差补偿器或插装式流量传感器控制流量，要降低阀的通流能量，增加系统的功率损失和发热；大流量场合只能通过阀开口面积间接控制流量，受负载变化影响控制精度低；先导阀出油直接排回油箱，对于大通径阀，造成大的损失、引起系统发热；低工作压力范围可控性差、动态响应慢，大通径采用三级结构，构造复杂等问题，提出用小功率伺服电动机驱动小排量液压泵（有源）、先导流量- - 计算值反馈闭环控制、变速泵和先导阀复合驱动三种新的先导级原理，结合液压晶体管（Valvistor），构造新的低能耗、高可控电液流量、节流和流量复合控制阀，通过对新型流量控制元件基本原理、基础技术和动静态特性的研究，掌握影响流量控制性能的关键参数和变化规律，为发展技术领先、具有我国自主产权的高性能电液流量控制方法提供理论和试验依据。

比例流量阀作为电液系统的核心元件，其性能将直接影响整个液压系统的性能和主机的技术先进性。受压差的影响，精确控制通过阀的流量，需要复杂的补偿环节，若仅用比例节流阀，就可不受负载影响控制流量，将使应用大为简化。因此，本项目基于液压晶体管原理的流量阀Valvistor，提出两种电液比例流量控制原理：（1）采用小功率伺服电动机驱动小排量定量泵作为有源先导级控制先导流量，结合Valvistor阀流量放大原理，构造大通径的电液流量控制阀，特色是降低了最低可控压力，提高阀的可控性，改善低压工况阀的动态响应；（2）提出先导流量—压差变化—位移校正的控制原理，构造新型电液节流、流量复合控制阀，特色是通流能力大、流量控制精度高，采用数字控制，方便实现对输出流量的校正，阀的机械结构简单、易于构造。.项目实施过程中对先导比例阀位移检测和放大驱动电路、有源先导级控制特性、先导比例阀特性及控制策略、主阀特性、Valvistor阀动静态特性、有源先导电液流量阀特性、基于先导流量—压差变化—位移校正的比例节流调速复合阀特性以及基于上述两种原理的复合阀特性等内容开展了理论分析、仿真建模和试验研究；并对两种新原理阀的应用作了简要分析。取得的主要成果如下：.（1）Valvistor主阀位移与先导阀电压呈线性关系，主阀预开量会引起主阀输出流量的死区，预开口越大死区越大，可采用电气信号进行补偿。主阀芯动态响应随压差增大而变快；.（2）主阀芯位移电闭环控制可改善阀的动静态特性；基于压差—位移校正补偿方法的新型比例流量阀克服了压力补偿型和流量反馈型比例流量阀压差损失大、流量范围小的不足，同时提高了阀的动态响应特性；.（3）有源先导控制的电液流量阀具有良好的动静态特性，主阀预开量将导致阀的流量随压差的增大而减小；通过旁通阻尼孔补偿和压差转速补偿可显著提升阀的等流量特性，控制伺服电机开关转速可改善阀的动态阶跃响应特性；.（4）先导泵/马达、阀复合控制原理可使阀具有节流与流量复合控制功能，扩大了阀的流量控制范围，改善了小流量时的控制特性和动态快速性。.（5）改进的AD698位移传感器测量电路具有线性度好、重复精度高，动态响应快的优点；提出的功率驱动电路频响高；.（6）偏差判别控制的比例阀精度高，稳定性好，具有良好的频率响应特性，电压信号补偿可减小比例电磁铁的滞环；.（7）热效应和液压力对阀芯阀套配合间隙有一定的影响。