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，提出了將開環控制和閉環控制相結合的開環-閉環復合控制算法，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，根據電磁閥的穩態特性建立開環控制表，消除系統的穩態非線性;根據電磁閥的瞬態特性設計閉環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。隨著精準農業對控制精度、動態性能、全工況調節性能和穩定性的要求逐漸提高，則需要設計性能更加優越的控制器。

　　提高控制性能的措施主要包括優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://shengya888.com/)之前也發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，油泵由發動機驅動，通過調節占空比控制液壓缸的壓力。電磁閥特性實驗包括穩態特性實驗和瞬態特性實驗。穩態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。穩態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，得到平均穩態壓力特性，如圖1b 所示。

圖1 電磁閥穩態特性實驗

(a)部分穩態壓力實驗結果 (b)平均穩態壓力特性圖

　　瞬態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) 對比例電磁閥的穩態和瞬態響應特性進行實驗，將電磁閥的響應特性分為穩態飽和特性、二階動態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控制和以誤差為輸入的閉環控制，形成開環-閉環復合控制，可更有效地利用系統信息。根據穩態特性建立開環控制表，閉環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控制表、閉環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-閉環復合控制算法的控制精度、響應速度和魯棒性。