新型電液伺服比例閥用電-機械轉換器的理論分析及試驗研究.pdf

1、伺服比例元件(包括伺服比例閥和伺服比例泵)是重要的液壓控制元件，廣泛應用于工業(yè)自動化和工程自動化領域的各個方面，能否掌握與其相關的技術，對我國國防建設、裝備制造業(yè)具有重大影響。目前該技術是制約我國從制造大國向制造強國轉變的重要因素，國家中長期發(fā)展規(guī)劃、重大專項調整規(guī)劃均列為重點突破的難點。而伺服比例元件的性能在很大程度上決定于其電-機械轉換器的性能，因此深入研究電-機械轉換器對我國裝備制造業(yè)和國防建設具有重要意義。論文作為國家自然基金“

2、新概念電液流量、方向連續(xù)控制的理論與方法研究”(50575156)研究內容之一，在低成本、高響應、新結構電-機械轉換器等方面進行了深入研究。
　　 本文首先對比例電磁鐵進行了理論分析，為了同時利用有限元分析方法的準確性優(yōu)點和多種仿真軟件的快速性分析的優(yōu)點，建立了比例電磁鐵關鍵磁阻的有限元分析模型，利用有限元分析方法得到了模型磁阻的特性參數，通過擬合有限元計算結果，得到了比例電磁鐵關鍵磁阻的計算公式，利用Simulink和Anso

3、ft驗證了公式的正確性。為在仿真軟件中準確建立比例電磁鐵的模型奠定了基礎。提出了利用開關電磁鐵構成單電磁鐵式電液伺服比例閥的方案。在閉環(huán)控制基礎上，提出自適應前饋補償方法，補償了開關電磁鐵的非線性特性；采用抗飽和積分控制方法，在消除穩(wěn)態(tài)誤差的基礎上，減小了電磁鐵動態(tài)響應時間。理論上解釋了兩種方法的原理，試驗驗證了兩種控制方法的效果。另外，利用鐵心速度反饋，增大閉環(huán)回路增益，進一步減小了電磁鐵的動態(tài)響應時間。研究表明，與現有技術采用比例電

4、磁鐵相比，新方案具有設計簡單、成本低的優(yōu)點。
　　 為研制用于驅動大流量電液伺服比例閥先導級的高響應電–機械轉換器，提出采用異型永久磁鐵勵磁的動圈式直線電機結構方案，給出了設計準則，采用有限元計算方法分析磁路特性，計算結果表明，采用異型永久磁鐵較規(guī)則形狀可提高驅動力7[％]以上。在此基礎上，設計了驅動大流量電液伺服比例閥先導級的動圈式直線電機，并制造出樣機，建立了測試系統，對樣機的動靜態(tài)特性進行試驗測試，試驗結果驗證了設計計算的

5、正確性，試驗結果表明研制的樣機性能可以滿足高響應大流量電液伺服比例閥先導級驅動要求。為滿足電液伺服比例閥對電–機械轉換器高響應速度的要求，提出一種新的具有2個運動構件的2自由度電–機械轉換器。解釋了此種電–機械轉換器縮短電液伺服比例閥動態(tài)響應時間的機理，給出了多種物理可行的結構形式，對單輸入雙輸出電-機械轉換器的磁路進行了分析，結果表明，這種轉換器可同時驅動比例閥的閥芯和閥套，達到控制閥的開口量的目的，但不能獨立控制閥芯或閥套。對混合式

6、雙輸入2自由度電–機械轉換器的磁路進行了分析，應用有限元方法研究了其多種工況下的輸出特性。結果表明，新的2自由度電–機械轉換器可同時控制2個直線移動部件，使它們同向或反向運動，并可用于電液伺服比例閥以及其他需要雙直線位移輸出元件的控制。
　　 本研究針對電液位置伺服系統起動過程會造成系統壓力突降和執(zhí)行器運動速度大幅波動，產生液壓沖擊；當系統有多個執(zhí)行器工作時，系統壓力突降會導致其他執(zhí)行器產生誤動作，甚至發(fā)生安全事故，提出兩種解決