【摘要】： 隨著技術(shù)的不斷進步，流體控制技術(shù)和計算機控制技術(shù)也在飛速發(fā)展。特別是近幾年，由于微型計算機技術(shù)的發(fā)展和提高，特別是價格低廉的各種單片機或微控制器的廣泛應(yīng)用，為液壓系統(tǒng)的數(shù)字化提供了必要的條件，數(shù)字技術(shù)已應(yīng)用于液壓控制工程的諸多方面，使得液壓元件的機電一體化技術(shù)逐步成熟。 本文主要研究液壓閥的直接數(shù)字化控制技術(shù)，即高速數(shù)字開關(guān)閥的相關(guān)技術(shù)。高速數(shù)字開關(guān)閥是20世紀80年代提出的一種與計算機數(shù)字I／O可以直接接口的液壓元件，與現(xiàn)有的以開口度(液阻)對系統(tǒng)進行調(diào)控的傳統(tǒng)液壓閥相比，這種液壓元件具有響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強等特點。這種液壓閥是通過PWM信號產(chǎn)生控制功能，通過控制脈沖頻率或脈沖寬度，對液壓閥的流量進行連續(xù)的控制。由于這種閥門與微控制器不再需要A／D轉(zhuǎn)換接口，大大簡化了復雜的接口電路，因此高速數(shù)字開關(guān)閥是一種非常有前途的數(shù)字閥，發(fā)展這種數(shù)字元件將是工業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。 高速數(shù)字開關(guān)閥一般由脈寬調(diào)制器、超磁致伸縮致動器、位移杠桿放大機構(gòu)以及圓柱滑閥組成。為形成波動小的連續(xù)液流，必須提高這種閥門開關(guān)頻率。因此進一步提高高速數(shù)字開關(guān)閥的響應(yīng)頻率，降低其響應(yīng)時間，改善其性能，是開關(guān)閥實用化的關(guān)鍵所在。本文從致動器的方面考慮，通過比較，稀土超磁致伸縮致動器比傳統(tǒng)致動器(電磁式、壓電式、步進電機式)具有高頻響的突出優(yōu)點。在綜述現(xiàn)有文獻成果的基礎(chǔ)上，本文中對稀土超磁致伸縮致動器應(yīng)用于高速數(shù)字開關(guān)閥的相關(guān)問題做了進一步的研究。文章首先從高速數(shù)字開關(guān)閥的理論出發(fā)，詳細地研究和分析其結(jié)構(gòu)、工作原理等，并根據(jù)其電磁特性和機械特性，建立了數(shù)學模型，然后將數(shù)學模型線性化并轉(zhuǎn)化為傳遞函數(shù)方框圖；進而轉(zhuǎn)化為仿真模型，結(jié)合MATLAB WITH SIMULINK仿真工具，進行數(shù)字仿真，生成動、靜態(tài)仿真曲線圖。在此基礎(chǔ)上，研究和分析了各種參數(shù)(脈寬占空比、線圈匝數(shù)、位移放大倍數(shù)、頻率等)對高速數(shù)字開關(guān)閥的影響，得出規(guī)律，然后利用ITAE準則(即時間乘絕對誤差積分準則)優(yōu)化方法，對高速數(shù)字開關(guān)閥的模型進行參數(shù)優(yōu)化，得到最優(yōu)參數(shù)。本文由于實驗條件所限，僅在仿真結(jié)果基礎(chǔ)上(包括靜態(tài)性能和動態(tài)性能等)，說明了通過合理改變位移放大倍數(shù)和線圈匝數(shù)能明顯提高高速數(shù)字開關(guān)閥的性能。上述一系列的理論研究和仿真分析，為最后研制和開發(fā)新型高速數(shù)字開關(guān)閥打下了堅實的基礎(chǔ)。 該課題研究的目標是促進液壓控制技術(shù)的發(fā)展，使流體控制技術(shù)與計算機控制技術(shù)更好地結(jié)合，以適應(yīng)機電一體化的技術(shù)發(fā)展趨勢。
【學位授予單位】：山東科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TH134
【圖文】：

圖3.3薄膜式超磁致伸縮執(zhí)行器原理 F193.3PrineiPleofthePellieularGiantMagnetostrietiveactoator如圖3.3所示，這類執(zhí)行器主要采用一些傳統(tǒng)的半導體工藝，在非磁性基片的上、下表面分別鍍上具有正、負磁致伸縮特性的薄膜材料，當外加磁場變化時，薄膜會產(chǎn)生變形，從而帶動基片偏轉(zhuǎn)和彎曲以達到驅(qū)動目的。與通常的超磁致伸縮執(zhí)行器相比，薄膜型超磁致伸縮微執(zhí)行器成本較低，并且由于薄膜中的二維磁彈性相互作用又使其具有一些新的功能，這對于超磁致伸縮材料的實際應(yīng)用具有重要意義。3.2.2超磁致伸縮執(zhí)行器在流體控制系統(tǒng)中的應(yīng)用實例137]3.2.2.1燃料注入閥瑞典一家公司將Terfenol一D用于燃料注入閥，并申請了專利。如圖 3.4，它的原理是通過控制驅(qū)動線圈的電流

圖3.4超磁致伸縮燃料噴射閥F193.4GMMfuelinjeetionValve超磁致伸縮直動式伺服閥的結(jié)構(gòu)緊湊，出流量達ZL/min，頻寬可達650Hz。3db)。圖3.5超磁致伸縮直動式伺服閥F193.5GMMdireetservovalve精度高，響應(yīng)速度比電液伺服閥快，其最2.3流體驅(qū)動活塞[37]圖3.6是超磁致伸縮流體驅(qū)動活塞的原理圖。當線圈通電后，超磁致伸縮棒伸長，而推動大活塞運動，由流體力學中的帕斯卡定律，超磁致伸縮棒的伸長量被放大，倍數(shù)等于大活塞面積與小活塞面積的比值。反之，如果超磁致伸縮棒推動小活塞，輸出的力將被縮小。流體驅(qū)動活塞

【參考文獻】

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本文編號：2718644