1、文 章 编 号 ：1671 -5497（2003）03 -0104 -03收 稿 日 期 ：2002-11-15。基 金 项 目 ：“863” 国 家 计 划 资 助 项 目 （9923 -01 -03） 。作 者 简 介 ： 宫 文 斌 （1956 -） ， 男 ， 吉 林 龙 井 人 ， 副 教 授 。电 液 比 例PWM控 制 方 法宫 文 斌 ， 刘 昕 晖 ， 孙 延 伟（ 吉 林 大 学 机 械 科 学 与 工 程 学 院 ， 吉 林 长 春130025）摘 要 ： 讨 论 了 电 液 比 例 控 制 的PWM控 制 原 理 及 控 制 方 法 。 推 导 了 比 例 阀 电 流
2、的 数 学 模 型 。分 析 了PWM控 制 中 占 空 比D与 平 均 电 流I、 波 动 电 流dI之 间 的 关 系 和 斩 波 稳 流 控 制 的 原理 。 给 出 了 具 体 应 用 电 路 。 研 究 结 果 为 电 液 比 例 控 制 系 统 设 计 提 供 了 依 据 。关 键 词 ： 电 液 比 例 ； 装 载 机 ； 斩 波 稳 流中 图 分 类 号 ：tP273文 献 标 识 码 ：AMethod of electronic-hydraulicproportion controlGONG Wen-bin，LI U xin-hui，SUN Yan- tei（College
3、of Mechanical Science and engineering，Jilin Unioersity，Changchun 130025，China）Abstract：A math . model for current of proportional valve using PWMcontrol theory and eletro-hydraulicproportional control was presented . the relations bet ween duty ratio（D）and average current（I） ，dutyratio（D）andfluctuat
4、ion current（dI）in PWMcontrol，andthetheory of chopper-stabilized current controlwere discussed .the application of specific circuit was given .the results provide the basic method for thedesign of the electro-hydraulic proportional control system.Key words：electro-hydraulic proportion；loader；chopper-
5、stabilized current电 液 比 例 控 制 的 核 心 是 控 制 电 液 比 例 阀 的 电 流 。 模 拟 式 控 制 功 率 输 出 级 到 比 例 阀 线 圈 的 电 流 是 连续 电 流 ， 电 子 功 率 器 件 功 耗 大 ， 需 加 装 散 热 装 置 。 而PWM（ 脉 冲 宽 度 调 制 ） 控 制 功 率 输 出 级 为 开 关 型 结构 ， 功 耗 小 ，PWM信 号 中 包 含 了 同 频 率 的 脉 动 量 ， 无 需 另 加 颤 振 信 号 ， 抗 干 扰 能 力 强 、 滞 后 时 间 短 、 重 复精 度 高1。 应 用 单 片 机 作 控 制
6、 部 件 可 使 系 统 结 构 更 加 简 单 、 灵 活 、 可 靠 。PWM控 制 参 数 （ 如 周 期 、 占 空比 ） 的 确 定 对 系 统 设 计 尤 为 重 要 。 作 者 在ZL50G装 载 机 上 利 用PIC单 片 机 研 制 的 工 作 装 置 电 液 比 例 控制 系 统 经 装 机 验 证 ， 控 制 效 果 良 好 。1电 液 比 例 阀 线 圈 电 流 的 数 学 模 型加 到 比 例 阀 线 圈 的 电 压 波 形 为 周 期 一 定 、 脉 冲 宽 度 可 控 的 矩 形 波 。 由 于 脉 冲 周 期 远 小 于 阀 芯 的 响应 周 期 ， 所 以 阀
7、 芯 的 运 动 只 响 应PWM信 号 的 平 均 值 。 阀 芯 工 作 时 处 于 微 振 动 状 态 ， 这 大 大 地 减 小 了 比例 滞 环 。PWM电 路 基 本 的 形 式 是 比 例 阀 等 效 线 圈 加 等 效 电 阻 ， 并 联 续 流 二 极 管 ， 经 大 功 率 三 极 管 加 到第33卷 第3期 吉 林 大 学 学 报 （ 工 学 版 ）Vol .33 No.32003年7月Journal of Jilin university（Engineering and technology Edition）July!2003电 源 （ 车 辆 电 源 一 般 为24
8、V） 。PWM信 号 控 制 开 关 管 的 导 通 与 截 止 。占 空 比 定 义 为 ：D = THT（1）式 中 ：TH为 三 级 管 导 通 时 间 ；T为PWM周 期 ，T = TH+ TL（TL为 三 极 管 关 断 时 间 ） 。由 图1（b） 和 图1（c） 可 知 ， 当 占 空 比D和 周 期T取 值 比 较 合 适 时 ， 可 使 比 例 阀 电 流 保 持 稳 定 的 平 均（a） 电 路 基 本 形 式 （b） 占 空 比 较 大 时 的 电 流 波 形 （c） 占 空 比 较 小 时 的 电 流 波 形图1 PWM电 路 基 本 形 式 及 电 流 波 形Fig.
9、1 The elementary circuit and voltaic wave for m值 ； 在 时 间 常 数LR一 定 时 ， 稳 定 电 流 平 均 值I及 电 流 波 动 值dI取 决 于 占 空 比D和 周 期T。 时 域 关系 如 下 ：i（I）= URL+（I -dI - URL）e（-I!）（0 I DT）i（I）=（I + dI）e-（I -DI） !（DT I T）（2）式 中 ：!为 比 例 阀 电 气 时 间 参 数 ，!= LRL，S；RL为 比 例 阀 线 圈 等 效 电 阻 ，!；L为 比 例 阀 线 圈 电 感 量 ，。I = TH和I = TH+ TL
10、时 刻 的 电 流 值 分 别 为 ：I + dI = URL+（I -dI - URL）e-DT!I -dI =（I + dI）eT（1-D） !令A =e-TD!和B =e-T（1 -D） !， 有 下 式 ：dI = I1 - B1 + B（3）I =U2RL（1 - A）（1 + B）1 - AB（4）当PWM周 期T足 够 小 ，B =e-T（1 -D） !就 接 近1， 电 流 波 动 值dI就 会 很 小 。 当 占 空 比 从0到100 %变 化 时 ， 平 均 电 流I可 以 从0变 化 到 稳 态 电 流URL。 如U =24 V，RL=10 !， 占 空 比D =50 %
11、，当T =!时 ， 计 算 得 到 平 均 电 流I =1 .2 A， 波 动 电 流dI 0 .35 A。 图2给 出 了D、I及dI的 仿 真 关 系曲 线 。 可 以 看 出 ，T与!的 比 值 越 小 ，I与D的 关 系 越 接 近 直 线 ， 波 动 电 流 的 峰 值 出 现 在 占 空 比 的 中 值 。图2平 均 电 流I、 波 动 电 流dI与 占 空 比D的 关 系Fig.2 The relation bet ween average current（I） ，fluctuating current（dI）and dutyfactor（D）501第3期 宫 文 斌 等 ： 电
12、 液 比 例PWM控 制 方 法2比例阀线圈电流斩波稳流方法从式（4）中可以看出阀平均电流I与供电电压U成正比，与总电阻RL成反比，而与占空比D只是成近似的线形关系。在大部分工程机械产品中，供电电压为24 V，且波动比较大，所以在装载机电液比例阀控制中应用了电流斩波稳流的方法，电路如图3所示。图3中IC2为电压比较器，R12为电流取样电阻，基准源Z与R10、R11组成限流基准，限流值为：Ia= VZR11R12（R10+ R11）（5）式中：Ia为斩波限流值；VZ为基准源电压。图4所示的斩波电路波形是由电感、绕组电阻及比较器回差等诸多因素共同决定的2。由于驱动电压比较高，绕组电路中不另串联电阻
13、，电流上升率较大，当电流达到限流值时，由于取样电阻的反馈作用，电流可以保持在限流值附近波动。图3输出级电路原理图Fig.3 The schematic circuit of output图4斩波波形图Fig.4 The wave for mof chop参考文献：1梁启柏.电液比例控制与数字控制M.北京：机械工业出版社，1997 .2陈维山，赵杰.机电系统计算机控制M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999 .601吉 林 大 学 学 报（ 工 学 版 ） 第33卷电液比例PWM控制方法作者： 宫文斌， 刘昕晖， 孙延伟作者单位： 吉林大学,机械科学与工程学院,吉林,长春,130025刊名：
14、吉林大学学报(工学版)英文刊名： JOURNAL OF JILIN UNIVERSITY(ENGINEERING AND TECHNOLOGY EDITION)年，卷(期)： 2003,33(3)被引用次数： 15次参考文献(2条)1.梁启柏 电液比例控制与数字控制 19972.陈维山;赵杰 机电系统计算机控制 1999本文读者也读过(2条)1. 李光彬.张雪梅.赵光 基于PWM控制技术的电液比例阀特性的研究期刊论文-中国设备工程2007(6)2. 李光彬.张雪梅.赵光.刘志海.LI Guang-bin.ZHANG Xue-mei.ZHAO Guang.LIU Zhi-hai 基于PWM控制技
15、术的电液比例阀的研究期刊论文-煤矿机械2006,27(11)引证文献(15条)1.邹维.蒋凯.叶树明 稳流型高效PWM比例阀控制器的设计期刊论文-机床与液压 2009(5)2.李光彬.张雪梅.赵光 基于PWM控制技术的电液比例阀特性的研究期刊论文-中国设备工程 2007(6)3.李光彬.张雪梅.赵光.刘志海 基于PWM控制技术的电液比例阀的研究期刊论文-煤矿机械 2006(11)4.黄家善.黄靖.张平均 水泥路面共振式破碎车的控制系统设计与分析期刊论文-福建师范大学学报（自然科学版） 2010(6)5.姚磊.邢科礼.金侠杰.张国贤 电液比例放大器的电路设计期刊论文-机床与液压 2008(6)6
16、.刘忠信 一种低成本的比例电磁阀控制系统期刊论文-工业仪表与自动化装置 2005(6)7.吴林瑞.王岗罡.李志超.贾春茂 基于CPLD的比例阀控制方法期刊论文-导弹与航天运载技术 2009(5)8.杨申申.许广清.程斐.王磊 潜水器纵倾调节系统PWM控制技术的研究期刊论文-机电设备 2007(8)9.何文杰.冯晓兰 电液反比例溢流阀的原理及应用访广州机械科学研究院成国真教授级高工期刊论文-机床与液压 2011(4)10.毕乾坤.张东波.程秀生 CVT电液系统中电磁阀特性的仿真与试验研究期刊论文-汽车技术 2007(6)11.石亮 基于Pspice的电液比例放大器的仿真分析期刊论文-液压气动与密封 2012(3)12.姚磊.金侠杰.邢科礼.张国贤 基于FPGA电液比例控制器的设计期刊论文-液压气动与密封 2008(6)13.孟红.项昌乐 新型牵引-制动型液力变矩器控制系统的开发设计期刊论文-新技术新工艺 2007(7)14.常绿.王国强.韩云武 液压挖掘机自动控制系统的设计和实现期刊论文-农业工程学报 2007(6)15.罗士军 特种车辆救援机械手控制系统的研究学位论文硕士 2004本文链接：http:/
