新型電液伺服比例閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的理論分析及試驗(yàn)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(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化和工程自動(dòng)化領(lǐng)域的各個(gè)方面，能否掌握與其相關(guān)的技術(shù)，對(duì)我國(guó)國(guó)防建設(shè)、裝備制造業(yè)具有重大影響。目前該技術(shù)是制約我國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的重要因素，國(guó)家中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃、重大專(zhuān)項(xiàng)調(diào)整規(guī)劃均列為重點(diǎn)突破的難點(diǎn)。而伺服比例元件的性能在很大程度上決定于其電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的性能，因此深入研究電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器對(duì)我國(guó)裝備制造業(yè)和國(guó)防建設(shè)具有重要意義。論文作為國(guó)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?jī)?nèi)容之一，在低成本、高響應(yīng)、新結(jié)構(gòu)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器等方面進(jìn)行了深入研究。
　　 本文首先對(duì)比例電磁鐵進(jìn)行了理論分析，為了同時(shí)利用有限元分析方法的準(zhǔn)確性?xún)?yōu)點(diǎn)和多種仿真軟件的快速性分析的優(yōu)點(diǎn)，建立了比例電磁鐵關(guān)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(shù)，通過(guò)擬合有限元計(jì)算結(jié)果，得到了比例電磁鐵關(guān)鍵磁阻的計(jì)算公式，利用Simulink和Anso

3、ft驗(yàn)證了公式的正確性。為在仿真軟件中準(zhǔn)確建立比例電磁鐵的模型奠定了基礎(chǔ)。提出了利用開(kāi)關(guān)電磁鐵構(gòu)成單電磁鐵式電液伺服比例閥的方案。在閉環(huán)控制基礎(chǔ)上，提出自適應(yīng)前饋補(bǔ)償方法，補(bǔ)償了開(kāi)關(guān)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(chǔ)上，減小了電磁鐵動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。理論上解釋了兩種方法的原理，試驗(yàn)驗(yàn)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(jìn)一步減小了電磁鐵的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。研究表明，與現(xiàn)有技術(shù)采用比例電

4、磁鐵相比，新方案具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
　　 為研制用于驅(qū)動(dòng)大流量電液伺服比例閥先導(dǎo)級(jí)的高響應(yīng)電–機(jī)械轉(zhuǎn)換器，提出采用異型永久磁鐵勵(lì)磁的動(dòng)圈式直線電機(jī)結(jié)構(gòu)方案，給出了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，采用有限元計(jì)算方法分析磁路特性，計(jì)算結(jié)果表明，采用異型永久磁鐵較規(guī)則形狀可提高驅(qū)動(dòng)力7[％]以上。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)大流量電液伺服比例閥先導(dǎo)級(jí)的動(dòng)圈式直線電機(jī)，并制造出樣機(jī)，建立了測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)樣機(jī)的動(dòng)靜態(tài)特性進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)計(jì)算的

5、正確性，試驗(yàn)結(jié)果表明研制的樣機(jī)性能可以滿足高響應(yīng)大流量電液伺服比例閥先導(dǎo)級(jí)驅(qū)動(dòng)要求。為滿足電液伺服比例閥對(duì)電–機(jī)械轉(zhuǎn)換器高響應(yīng)速度的要求，提出一種新的具有2個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的2自由度電–機(jī)械轉(zhuǎn)換器。解釋了此種電–機(jī)械轉(zhuǎn)換器縮短電液伺服比例閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的機(jī)理，給出了多種物理可行的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)單輸入雙輸出電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的磁路進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，這種轉(zhuǎn)換器可同時(shí)驅(qū)動(dòng)比例閥的閥芯和閥套，達(dá)到控制閥的開(kāi)口量的目的，但不能獨(dú)立控制閥芯或閥套。對(duì)混合式

6、雙輸入2自由度電–機(jī)械轉(zhuǎn)換器的磁路進(jìn)行了分析，應(yīng)用有限元方法研究了其多種工況下的輸出特性。結(jié)果表明，新的2自由度電–機(jī)械轉(zhuǎn)換器可同時(shí)控制2個(gè)直線移動(dòng)部件，使它們同向或反向運(yùn)動(dòng)，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(duì)電液位置伺服系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程會(huì)造成系統(tǒng)壓力突降和執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)速度大幅波動(dòng)，產(chǎn)生液壓沖擊；當(dāng)系統(tǒng)有多個(gè)執(zhí)行器工作時(shí)，系統(tǒng)壓力突降會(huì)導(dǎo)致其他執(zhí)行器產(chǎn)生誤動(dòng)作，甚至發(fā)生安全事故，提出兩種解決