基于AMESim的PWM控制比例阀噪声分析
轨道交通车辆液压制动系统普遍采用脉宽调制 (PWM) 方式对系统中的电比例阀进行控制，进而控制车辆制动力。但在某些特殊工况下，电比例阀会产生噪声并伴有阀体异常振动的现象。经测试，某电比例阀输入电流振幅非常大，输入电流的异常波动会引起阀芯振幅偏大，从而导致电比例阀产生噪声。由AMESim仿真得出，通过增加电比例阀输入电压信号的 PWM 频率或增加输入回路的电感值，可有效降低电比例阀输入电流振幅和阀芯振幅。最终通过试验有效消除了电比例阀异常噪声的现象。
针 对 使 用 该 三 通 比 例 减 压 阀 的 系 统， 采 用AMESim 搭建的仿真模型如图1 所示。当电压源 4 采用 PWM 控制信号 3 输入时，在线圈 5 中产生感应磁场，使衔铁气隙 9 产生电磁力，PWM 控制信号 3 的占空比不同时，衔铁气隙 9 产生的电磁力有效值也不同，该电磁力与阀芯液压力平衡，从而使比例阀输出压力随 PWM 控制信号 3 的占空比改变而改变。图 2 为在比例阀输入回路中串联电感 16 后的仿真模型，电感值为 20 m H。
图 1 原比例阀系统仿真模型
图2 输入回路串联电感后的仿真模型
图 1 和图 2 中各部件功能如表 1 所示
表 1 系统仿真模型各部件功能
当 PWM 控制信号 3 均采用 200 Hz 频率，高电平电压为 24 V，低电平电压为 0，占空比为 30% 时，现对图1 和图 2所示系统进行仿真，分析在增加电感前、后，比例阀输入电流和阀芯位移的对比情况，仿真结果如图3 和图 4所示。由仿真结果可知，当比例阀输入回路增加电感后，比例阀输入电流和阀芯位移的幅值均约为原系统的 28%，有效降低了阀芯的振动幅度。
图 3 比例阀输入回路在增加电感前、后的回路电流曲线
图4 比例阀输入回路在增加电感前、后的阀芯位移曲线
对于图 1所示系统，当比例阀输入 PWM 信号 3的频率由 200 Hz 增加到 250 Hz，其他参数不变时，分析比例阀输入电流和阀芯位移的对比情况，仿真结果如图5 和图 6所示。由仿真结果可知，当频率增加到 250 Hz 后，比例阀输入电流幅值约为 200 Hz 时的 83% ，阀芯位移幅值约为 200 Hz 时的 64% ，也有效降低了阀芯的振动幅度。
图 5 比例阀输入 PWM 信号频率为 200Hz 和 250 Hz 时回路电流曲线
图 10 比例阀输入 PWM 信号频率为 200 Hz 和 250 Hz 时阀芯位移曲线
由于更改系统中比例阀输入电压的 PWM 信号频率更方便，因此先将 PWM 信号频率由 200 Hz 调整到250 Hz 进行验证，发现增加频率后，比例阀处已听不到明显噪声，且用手触摸比例阀阀体，振动也大为减小，已满足使用要求，无需再在比例阀输入电路中增加电感。
