比例-壓力流量復(fù)合閥(P-Q閥)的穩(wěn)態(tài)控制特性

電液比例-壓力流量復(fù)合閥（簡稱P-Q閥）是一種新型的節(jié)能型復(fù)合閥，它能夠?qū)?zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達(dá)）的不同工作狀態(tài)進(jìn)行速度和輸出力或力矩進(jìn)行比例控制，既能實(shí)現(xiàn)具有確定增益系統(tǒng)的開環(huán)控制，又能實(shí)現(xiàn)自調(diào)整的閉環(huán)控制，因此能夠滿足特殊工藝的應(yīng)用要求。

P-Q閥的穩(wěn)態(tài)控制特性

P-Q閥是多參數(shù)控制閥，由先導(dǎo)式比例溢流閥與比例流量閥組成，用兩路電信號(hào)分別控制液壓系統(tǒng)的壓力和流量。由于節(jié)流閥流量的比例調(diào)節(jié)和負(fù)載的壓力變化，使節(jié)流閥出口存在流量的不穩(wěn)定，工程上復(fù)合閥中通常采用具有壓力補(bǔ)償作用的定差溢流閥來保證節(jié)流閥進(jìn)、出閥口保持恒定壓力差Δp，其流量方程為

式中：C_d為流量系數(shù)；A(z)為閥口開口面積，A(x)=πdx，其中d為滑閥直徑；ρ為流體密度, Δp為節(jié)流閥壓力差。

在閥心通徑一定的情況下，通過的流量取決于開口量x，直接取決于比例電磁鐵的推桿位移，故建立如下比例電磁鐵數(shù)學(xué)模型為

               u_i(t)=L(d_i/d_t)+(R_c+r_p)i+K_e(d_x/d_t)               (5-1)

式中：u_i、i分別為線圈電壓和電流；L、K_e分別為線圈電感和感應(yīng)反電動(dòng)勢系數(shù)；x為比例電磁鐵位移。令R_c+r_p=K_p，對式(5-1)進(jìn)行拉普拉斯變換可得

                 U_i(s)=L_sI(s)+K_pI(s)+K_esX(s)                 (5-2)

不考慮液壓力、干擾力影響，得到位移方程為

                 M(d²x/d_t²)+B(dx/dt)+K_sx=F_m                  (5-3)

式中；M為銜鐵組件的質(zhì)量；B為阻尼系數(shù)；K_y為銜鐵組件的彈簧剛度。

在工作區(qū)域中，電磁鐵推力的近似線性表達(dá)式為

                        F_m=K_ii-K_yx                          (5-4)

式中：K_i為比例電磁鐵的電磁力系數(shù)；K_y為位移力系數(shù)和調(diào)零彈簧剛度之和。

整理方程式(5-3)和式(5-4)可得二階系統(tǒng)位移與電流的傳遞函數(shù)為

                       (5-5)

直流比例電磁鐵組件無因次阻尼系數(shù)為,銜鐵組件彈簧質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率，對式(5-3)、式(5-4)進(jìn)行拉氏變換，并整理式(5-1)～式(5-4)可得

式中：K₁=LM,K₂=LB+K_pM,K₃=[L(K_s+K_y)+K_pB+K_iK_e],K₄=K_p(K_s+K_p)]。

P-Q閥的電機(jī)械轉(zhuǎn)換元件將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成閥心的運(yùn)動(dòng)，通過閥心的運(yùn)動(dòng)去控制流體的壓力與流量，完成電-機(jī)-液的比例轉(zhuǎn)換。

由于比例電磁鐵線圈存在較大的電感，因此需延遲電流上升時(shí)間，為了提高其動(dòng)態(tài)性能，可串接電阻或采用較高的起動(dòng)電壓，P-Q閥的穩(wěn)態(tài)控制特性曲線如圖26和圖27所示。

由于直流比例電磁鐵有明顯滯環(huán)（由電磁滯遲和摩擦形成），因此應(yīng)在正常工作穩(wěn)態(tài)電流的基礎(chǔ)上，疊加一定頻率和幅值的顫振信號(hào)。