基于STM32的2D比例伺服阀数字控制器的设计与研究

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近年来,随着机电装备自动化需求的提高,工程领域对电液控制系统提出了更高的性能指标。电液比例伺服控制技术综合了电液比例控制和电液伺服控制的优点,具有性能可靠、成本低、控制精度高和响应特性快等优点,因此获得广泛应用,成为当前电液控制技术的亮点之一。本文设计的2D比例伺服阀则利用单阀芯的双运动自由度(旋转和直动)设计的伺服螺旋机构来实现功率放大功能,集直动-导控功能于一体,相较于其他电液阀具有抗污染能力强、固有频率高、零位泄漏小、动态特性好、结构简单等优点。该2D比例伺服阀以直流电机为电-机械转换器,具有成本低、便于控制等优点。同时设计了基于Stm32F405为核心的数字控制器,不仅使得2D比例伺服阀具有良好的动静态特性,而且其自身具有体积小、集成度高、高性价比的优点,具体研究内容及成果如下:1.研究了2D比例伺服阀的结构和工作原理。2D比例伺服阀阀体采用了液压伺服螺旋机构,解决了传统的单级直动式电液阀难以实现大流量和高压力控制与导控型电液阀复杂结构的难点。通过MATLAB对伺服螺旋机构进行仿真分析,研究了各种结构参数对其性能的影响。2.对2D比例伺服阀的电-机械转换器直流电机建立了理论模型,用Simulink对电机及其双闭环控制系统进行了仿真,分析出主要是相位滞后限制了电机的频宽并设计了相位补偿算法拓宽了电机的频宽。进行了动态特性的实验研究,实验结果表明直流电机阶跃响应的上升时间约为5ms,动态特性良好,对2D比例伺服阀的控制奠定了基础。3.Stm32F405主频高达168MHz,集丰富的外设功能与现金的浮点运算单元(FPU)于一体。设计了以Stm32F405和H桥电机驱动芯片DRV8844为核心的数字控制器,在程序中实现了对电机的双闭环PID控制,并且增加了相位补偿算法,有效提高了电机的频率响应和稳定性。4.搭建了2D比例伺服阀性能测试平台,测试了2D比例伺服阀导控级零位泄漏、流量特性以及动态特性。实验结果表明在2D比例伺服阀具有良好的动静态特性。
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