一种气动比例阀颤振补偿中的参数整定方法技术

本发明专利技术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；本发明专利技术和传统试凑法相比，大大缩短了整定时间，极具应用价值；本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种气动比例阀颤振补偿中的参数整定方法
本专利技术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。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。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：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un且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)；(3)通过步骤一(1)的工作点控制电量un与步骤一(2)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；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。所述若干个工作点的数量至少为11个；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。有益效果1、本专利技术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；2、本专利技术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；图2为使阀芯运动的最小控制电压曲线；图3为未加入颤振信号时，比例阀的正反行程流量曲线；图4为加入颤振信号后，比例阀的正反行程流量曲线；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；图6为加入颤振信号后，比例阀阀芯的正反行程位移曲线。具体实施方式下面将结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1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。步骤一、对颤振信号的幅值进行整定：(1)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)；(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2μm，也可根据需要选用其他位移传感器)，记录此时电压值um；(3)um-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。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：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。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。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。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50Hz。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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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un且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)；(3)通过步骤一(1)的工作点控制电量un与步骤一(2)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。...

【技术特征摘要】
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，其中工作点控制电量un为电压或电流，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un且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，控制电量um为电压或电流；(3)通过步骤一(2)的控制电量um减去步骤一(1)的工作点控制电量un即可得到最小控制电量，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，宋扬，黄雷生，范伟，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11