【摘 要】
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功率放大器作为比例减压阀电磁铁线圈的电功率驱动单元,其输出信号的质量是影响比例减压阀压力控制品质的重要因素。对现有功率放大器、比例减压阀及其控制策略进行调研及研究后,发现功率放大器设计过程中因参数选择和匹配不当造成如下问题:（1）PWM信号频率设计不当:频率过低时,导致电磁铁线圈上的纹波电流波动幅值过大;频率过高时,功率驱动电路开关管过渡过程时间占开关周期的比例过大,导致电磁铁线圈脉宽调制电压波形
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功率放大器作为比例减压阀电磁铁线圈的电功率驱动单元,其输出信号的质量是影响比例减压阀压力控制品质的重要因素。对现有功率放大器、比例减压阀及其控制策略进行调研及研究后,发现功率放大器设计过程中因参数选择和匹配不当造成如下问题:（1）PWM信号频率设计不当:频率过低时,导致电磁铁线圈上的纹波电流波动幅值过大;频率过高时,功率驱动电路开关管过渡过程时间占开关周期的比例过大,导致电磁铁线圈脉宽调制电压波形畸变。二者均造成比例减压阀稳压精度降低。（2）PWM信号占空比变化速率或突变幅值过大,导致比例减压阀产生压力峰值,造成压力冲击。（3）设计独立颤振信号时,仅考虑了其改善比例减压阀滞环的作用,没有兼顾其对阀稳压精度的影响。本文针对上述问题,在考虑功率开关管高频特性的条件下,建立了含有谐波干扰的电磁铁线圈脉宽调制电压数学模型;通过分析比例减压阀阀芯受力平衡,建立了比例减压阀动态数学模型,在此基础上,通过电路仿真软件PSpice与液压系统仿真分析软件AMESim协同仿真,研究了:（1）考虑脉宽调制电压波形畸变时,PWM信号频率与比例减压阀稳压精度的关系;（2）PWM信号占空比突变的速率、幅值与比例减压阀压力峰值之间的关系;（3）独立颤振信号的频率、幅值与比例减压阀稳压精度的关系。研究结果表明:在PWM信号占空比一定的情况下,随着PWM信号频率升高,纹波电流对比例减压阀稳压精度的影响减小,但波形畸变对稳压精度的影响增大,出口压力波动幅值与PWM信号的频率呈“U”型关系;适当降低PWM信号占空比的变化速率,或将PWM信号占空比分两阶段变化,均可有效抑制比例减压阀出口压力峰值;提高独立颤振信号的频率或降低其幅值均可有效改善稳压精度,但上限频率和下限幅值受改善滞环效果的限制。其次,通过AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真,进一步研究了功率放大器开关管高速通断产生的谐波干扰,对比例减压阀压力闭环控制品质的影响。研究结果表明:对于功率放大器谐波干扰造成的动态误差,采用传统PID控制算法补偿效果有限。本文采用线性自抗扰控制算法（LADRC）,针对一个实例的仿真结果表明:该算法较传统PID控制算法,可使比例减压阀稳压精度提高5.31%,响应速度提高59%。最后,搭建了直动式比例减压阀控制实验台,实测了PWM信号频率为5 k Hz时,电磁铁线圈脉宽调制电压波形畸变情况、PWM信号频率与电磁铁线圈纹波电流波动幅值之间的关系;实验研究了PWM信号频率与比例减压阀稳压精度的关系、PWM信号占空比变化速率、突变幅值对比例减压阀出口压力峰值的影响,验证了理论及仿真结果的准确性。
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