【摘要】： 水壓伺服閥是水壓伺服控制系統(tǒng)的核心部件,具有控制精度高、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕等優(yōu)點,已成為當(dāng)前國際上流體傳動及控制技術(shù)領(lǐng)域一個極為重要的研究課題,對水壓傳動的研究和發(fā)展具有十分重要的意義。 本文首先介紹了水壓伺服閥樣機的工作原理和結(jié)構(gòu)特點,建立了其數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用MATLAB軟件對水壓伺服閥樣機的動態(tài)特性進行了仿真研究,同時對由機械阻尼和電磁阻尼產(chǎn)生的阻尼比、伺服閥開環(huán)增益、力矩馬達的固有頻率進行了參數(shù)敏感性分析。 在上述研究的基礎(chǔ)上,運用現(xiàn)代控制理論,采用靜態(tài)優(yōu)化方法和動態(tài)優(yōu)化方法對水壓伺服閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)和傳遞函數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。靜態(tài)優(yōu)化主要是采用約束多目標(biāo)最小值的優(yōu)化方法,通過選擇噴嘴中心至彈簧管回轉(zhuǎn)中心的距離、反饋桿小球中心到噴嘴中心的距離、閥芯的端面面積、噴嘴孔直徑等獨立而且具有實際工程意義的參數(shù)為設(shè)計變量,以水壓伺服閥的快速性以及穩(wěn)態(tài)誤差等動態(tài)指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù),對水壓伺服閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。動態(tài)優(yōu)化方法主要是采用最優(yōu)二次型控制理論,以閥芯位移最小動態(tài)誤差和系統(tǒng)最小能耗為目標(biāo)函數(shù),來實現(xiàn)優(yōu)化水壓伺服閥動態(tài)特性的目的。 在已有水壓伺服閥綜合特性試驗臺上進行了試驗研究。通過幅頻特性和相頻特性試驗曲線分析了前置放大級中不同固定阻尼孔搭配對水壓伺服閥動態(tài)特性的影響。試驗結(jié)果表明:水壓伺服閥前置液壓橋路的氣蝕現(xiàn)象與閥芯和閥套的摩擦阻力導(dǎo)致了部分的幅頻特性曲線和相頻特性曲線不太光滑和減小了系統(tǒng)的頻寬,即降低了系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性。前置放大級兩級阻尼孔比單級阻尼孔具有更強的抗氣蝕能力,大大提高了水壓伺服閥的動態(tài)性能;水壓伺服閥的額定工作壓力為10 MPa,額定流量為40 L/min,幅頻寬大于50 Hz,相頻寬大于100 Hz。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TH137.52
【圖文】：

壓橋路和摩擦副中的水流有可能不再是層流，而是立新的數(shù)學(xué)模型，從而建立關(guān)于水的液壓橋路理計了一種新型水壓伺服閥的液壓橋路[30]，主要是將作為閥芯的靜壓支承，然后又將水引至水壓伺服閥損失而且有效地避免了閥芯磨損和卡死現(xiàn)象，而且提高了水壓伺服閥的動態(tài)性能，同時他們還建立了擋板上的液動力的射流方向與擋板面積的關(guān)系、流論。論上有著很深的造詣，而且相應(yīng)的水壓伺服閥產(chǎn)品 Ebara 公司研制的純水比例伺服閥[34]。該閥是由噴級結(jié)構(gòu)。為減少閥芯所受的摩擦力和液動力，在閥軸承腔與噴嘴擋板閥口通過閥體流道相通，從而減 檢測閥芯位置，并輸出電信號反饋至放大器的輸入于閥性能的影響，閥體采用了不銹鋼材料，閥芯和量可達 80L/min，額定壓力可 14 MPa。

2 水壓伺服閥數(shù)學(xué)建模與仿真水壓伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理本文根據(jù)水的特性提出了一種水壓伺服閥結(jié)構(gòu)，水壓伺服閥原理如圖 2.1（a）要由永磁力矩馬達、前置放大級和滑閥功率級等三部分組成，三者通過其中反協(xié)調(diào)關(guān)系，其中前置放大級包括噴嘴、擋板、節(jié)流孔，而且固定節(jié)流孔采用二形式。水壓伺服閥的通水窗口分別為供水窗口 P，回水窗口 T 和兩個控制窗力矩馬達工作原理如圖 2.1（b），永久磁鐵將上下導(dǎo)磁體分別磁化為南北極，線圈套在銜鐵上。銜鐵兩端與上下導(dǎo)磁體(磁極)形成四個工作磁隙①、②、③管是銜鐵的彈性支座，銜鐵固定在彈簧管上端，可以作微小的轉(zhuǎn)動。上下導(dǎo)磁磁極外，還為永久磁鐵產(chǎn)生的固定磁通和控制線圈產(chǎn)生的控制磁通提供磁路磁通流動情況和電路的連接情況如圖 2.1（b）所示。在磁路中當(dāng)磁通通過磁磁隙處產(chǎn)生電磁吸力，電磁吸力的大小與磁通大小有關(guān)。

如圖 2.2 所示：圖 2.2 力反饋兩級伺服閥的方塊圖2.2.4 力反饋伺服閥的穩(wěn)定性分析由圖 2.2 可見，伺服閥的方塊圖包含兩個反饋回路，一個是滑閥位移的力反饋回路，這是個主要回路，另一個是作用在擋板上的壓力反饋回路，這是個次要回路。這兩個回路都存在穩(wěn)定性問題，下面分別加以研究。（1）力反饋回路的穩(wěn)定性分析力反饋兩級伺服閥的性能主要由力反饋回路決定。由圖 2.2 可見，力反饋回路包含力矩馬達和滑閥兩個動態(tài)環(huán)節(jié)。首先要求出力矩馬達小閉環(huán)的傳遞函數(shù)。為避免伺服放大器特性對伺服閥特性的影響，通常采用電流負(fù)反饋伺服放大器，以使控制線圈回路的轉(zhuǎn)折頻率aω 很高， 1 ≈0aω ，則力矩馬達小閉環(huán)的傳遞函數(shù)為：121()'2'1++==ssKTsmfmfmfmfeωζωθφ （2-30）式中：'mfζ －由機械阻尼和電磁阻尼產(chǎn)生的阻尼比，

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本文編號：2782587