2D數(shù)字伺服閥及控制器的性能研究.pdf

1、80年代以來，隨著電液伺服控制技術(shù)在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用以及應(yīng)廉價、抗污染電液控制元件的要求，液壓行業(yè)的專家和工程師們開始尋找新型的電液控制元件及驅(qū)動方案，以取代價格昂貴、抗污染能力差的噴嘴擋板伺服閥以及泄漏量、功率損耗都很大的射流管伺服閥。方案之一就是采用步進電機加伺服螺旋機構(gòu)驅(qū)動數(shù)字閥閥芯實現(xiàn)直接數(shù)字控制。 2D數(shù)字伺服閥相比較其他伺服閥，抗污染能力強：在設(shè)計中高低壓口與螺旋槽之間可以取為零遮蓋即可保證穩(wěn)定，同時還使閥芯的靜態(tài)軸

2、向剛度很大，閥芯的轉(zhuǎn)角位移到軸向位移之間的轉(zhuǎn)換精度很高；伺服螺旋機構(gòu)泄漏極小，其功耗與流體動力控制系統(tǒng)的其他能量損失相比幾乎可以不考慮；控制特性比較理想，沒有滯環(huán)和死區(qū)。本文采用DSP對2D數(shù)字伺服閥實現(xiàn)嵌入式數(shù)字控制，為了消除傳統(tǒng)步進式數(shù)字閥所固有的量化誤差與響應(yīng)速度之間的矛盾，放棄了步進的控制方式，對步進電機的輸出的角位移采用連續(xù)跟蹤控制，該算法固化于單片機控制器內(nèi)來實現(xiàn)。 本論文對2D數(shù)字伺服閥以及控制器進行設(shè)計，主要對其

3、性能進行仿真以及實驗研究，得到2D數(shù)字伺服閥階躍過程約為9ms，在控制信號的幅值為最大閥開口的25％的情況下，幅值衰減為-3db、相位滯后為55°對應(yīng)的頻率約為100Hz，具有良好的動態(tài)性能以及頻率特性。研究內(nèi)容主要包括： 第一章，對本論文研究主題有關(guān)的文獻進行了綜述，接著闡述了本論文的研究目的、意義以及創(chuàng)新點，并列出課題的主要內(nèi)容。 第二章，本章詳細介紹三位四通2D數(shù)字伺服閥的工作原理，通過數(shù)字閥的特征支配方程建立數(shù)學(xué)

4、模型，采用數(shù)值仿真的方法對該2D閥的動態(tài)性能以及頻率特性進行仿真。 第三章，本章首先對步進電機進行數(shù)學(xué)建模，采用連續(xù)跟蹤控制算法，將其固化在單片機控制器內(nèi)，并對控制器進行仿真分析，得到步進電機輸出角位移在典型波形下的響應(yīng)以及不同頻率下正弦控制信號的響應(yīng)，最后給出頻率特性。 第四章，專門設(shè)計了一個以TMS320F2812作為CPU的嵌入式系統(tǒng)來作為2D數(shù)字伺服閥的控制器，詳細介紹控制器各部分，給出電路圖，最后寫了自己在設(shè)計

5、過程中的心得體會。 第五章，本章主要是2D數(shù)字伺服閥以及步進電機控制器實驗研究，首先介紹實驗裝置及系統(tǒng)，給出控制程序；然后得到在不同典型波形作用下，步進電機角位移實際輸出波形，在不同頻率正弦控制信號下角位移響應(yīng)的實際波形，給出步進電機的頻率特性曲線；最后測得2D數(shù)字伺服閥實際的穩(wěn)定時間，在不同典型控制波形作用下，采集實際的閥芯位移波形，在一定閥開口下，不同頻率控制信號下閥芯位移響應(yīng)實際波形，得到該2D數(shù)字閥的幅頻特性和相頻特性，