以比例電磁閥為研究對象，以快速建立具有良好性能的通用控制算法為目標，以充分利用電磁閥的響應特性為途徑，提出了將開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結合的開環(huán)-閉環(huán)復合控制算法，論述了控制算法的模型結構和設計過程。不同于將誤差作為唯一輸入的常規(guī)控制算法，復合控制算法同時將目標值和誤差作為控制器的輸入。以電磁閥響應特性實驗為基礎，根據電磁閥的穩(wěn)態(tài)特性建立開環(huán)控制表，消除系統的穩(wěn)態(tài)非線性;根據電磁閥的瞬態(tài)特性設計閉環(huán)控制器和滯后特性預估修正模塊，降低模型誤差和滯后特性的影響，提高動態(tài)響應性能。實驗結果驗證了復合控制算法的控制精度、響應速度和魯棒性。

　　在施肥、灌溉、噴藥、驅動、變速器等設備中廣泛應用比例電磁閥對壓力或流量進行控制。由于比例閥在主要工作區(qū)間內具有良好的線性，當控制性能要求不高時，采用簡單的PID 控制算法即能基本滿足要求。隨著精準農業(yè)對控制精度、動態(tài)性能、全工況調節(jié)性能和穩(wěn)定性的要求逐漸提高，則需要設計性能更加優(yōu)越的控制器。

　　提高控制性能的措施主要包括優(yōu)化電磁閥結構和改進控制算法兩個方面。在控制算法方面，真空技術網(http://smsksx.com/)之前也發(fā)布的很多文章中針對具體應用場合設計了不同的控制算法。為了在提高控制算法性能的同時，促進控制算法的模塊化和通用化，本文提出一種針對比例電磁閥控制算法的設計流程，按照該流程即可獲得具有良好控制性能的控制算法，以某反比例溢流閥為例，論述控制算法的設計過程和控制效果。

1、電磁閥特性實驗與建模

　　1.1、電磁閥特性實驗

　　以某反比例溢流閥作為控制對象，油泵由發(fā)動機驅動，通過調節(jié)占空比控制液壓缸的壓力。電磁閥特性實驗包括穩(wěn)態(tài)特性實驗和瞬態(tài)特性實驗。穩(wěn)態(tài)壓力主要影響因素為占空比和油泵轉速，部分實驗結果如圖1a 所示。穩(wěn)態(tài)壓力在主要壓力范圍內線性度良好，具有明顯的飽和特性和回滯特性。占空比一定時，油泵轉速越高，壓力越大，當轉速超過3000r/min時，其對壓力的影響已不明顯。將相互對應的兩條回滯曲線進行平均，并做平滑處理，得到平均穩(wěn)態(tài)壓力特性，如圖1b 所示。

圖1 電磁閥穩(wěn)態(tài)特性實驗

(a)部分穩(wěn)態(tài)壓力實驗結果 (b)平均穩(wěn)態(tài)壓力特性圖

　　瞬態(tài)特性實驗是測試不同轉速下占空比階躍變化時的壓力響應過程，包括階躍上升和階躍下降兩個過程，結果如圖2 所示。可以看出，瞬態(tài)壓力變化過程有3 個特點：

　　①壓力的響應延遲時間約為0.03s，并且與轉速無關。

　　②響應過程中存在壓力波動，可近似為二階系統。

　　③不同轉速下的壓力上升過程略有差別，轉速越高，響應速度越快，但不同轉速下的壓力下降過程則基本重合。

圖2 電磁閥瞬態(tài)特性實驗

(a)階躍上升 (b)階躍下降

4、結論

　　(1) 對比例電磁閥的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)響應特性進行實驗，將電磁閥的響應特性分為穩(wěn)態(tài)飽和特性、二階動態(tài)響應特性和滯后特性，建立電磁閥的簡化傳遞函數模型。

　　(2) 結合以目標值為輸入的開環(huán)控制和以誤差為輸入的閉環(huán)控制，形成開環(huán)-閉環(huán)復合控制，可更有效地利用系統信息。根據穩(wěn)態(tài)特性建立開環(huán)控制表，閉環(huán)控制器根據誤差對控制量或控制目標進行修正，不同于以誤差作為唯一輸入的常規(guī)控制方法，復合控制同時將目標值和誤差作為控制器的輸入。

　　(3) 將復合控制算法應用于電磁閥壓力控制，根據電磁閥的3 個特性分別設計了開環(huán)控制表、閉環(huán)控制器和滯后特性預估修正模塊，制定了控制算法的設計流程。實驗和應用結果驗證了開環(huán)-閉環(huán)復合控制算法的控制精度、響應速度和魯棒性。