两种2D伺服阀导控阻力半桥的性能比较研究

论文摘要

电液伺服阀作为电液伺服控制系统中的核心元件,以及连接电气元件和液压元件的桥梁,在很大程度上决定了整个系统的性能。随着工业发展的需要,对电液伺服阀提出了大流量、响应快、频带宽、控制精度高、抗污染能力强以及价格低廉等要求。2D伺服阀具有可直接由计算机控制、不需要D/A转换器、线性重复性好外,还具有响应速度快、抗污染能力强、零位泄漏小以及转换精度高的优点,可应用于电液伺服系统中。本论文以圆孔型2D伺服阀与满弓型2D伺服阀为研究对象,分析两者在导控阻力半桥变化时,其动态响应性能方面的差异。分别建立了圆孔型2D伺服阀与满弓型2D阀的非线性模型,并对圆孔型2D阀作线性化处理;利用建立的非线性模型,采用仿真软件对圆孔型2D阀和满弓型2D阀进行比较研究,从仿真结果来看:敏感腔长度、阀芯半径、系统工作压力对满弓型2D阀阶跃过渡时间影响小,螺旋槽升角对满弓型2D阀的响应时间无影响;阀芯质量、小孔半径对满弓型2D阀的影响大;小孔初始弓高对两者影响均很大;满弓型在质量为21.58g时响应速度最快,达到0.7ms,圆孔型2D阀一般都在1ms左右。最后对圆孔型2D阀进行了实验研究,实验结果表明,圆孔型2D阀的零位泄漏量很小,动态响应性能基本符合仿真结果。本文各章内容如下:第一章,详细介绍了2D伺服阀的结构组成与工作原理,并对电液数字控制元件进行分析,提出了2D阀采用混合式步进电机作为电—机械转换元件,并对步进电机采用连续跟踪算法;第二章,分析2D伺服阀运动的基本方程,对圆孔型2D阀的小孔流量方程进行推导,建立高、低压小孔的连续性方程以及阀芯的力平衡方程等非线性模型,采用同样的方法建立了满弓型2D伺服阀的非线性模型,并对圆孔型2D伺服阀进行线性化处理,求出其传递函数。第三章,分别对圆孔型2D伺服阀与满弓型2D伺服阀进行仿真比较,分析两者在阀体结构参数改变时,阀芯轴向位移的阶跃响应特性存在差异,满弓型2D阀的响应速度快于圆孔型,如满弓型2D阀当质量为21.58g时,响应速度最快,达到0.7ms,圆孔型2D阀一般都在1ms左右。第四章,搭建2D伺服阀的实验测试平台,对圆孔型2D阀进行实验零位泄漏量进行理论与实验研究,测试了圆孔型2D阀的静态与动态响应特性,圆孔型2D阀具有良好的静态重复特性(重复精度与分辨率都在1%之内)、零位泄漏小(工作压力21MPa下其泄漏量为0.6L/min)以及阶跃响应过渡时间短(约8ms)等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电液伺服阀的发展历程
• 1.3 电液伺服阀的应用
• 1.4 国内外电液伺服阀的研究现状
• 1.5 论文的选题背景及研究内容
• 1.5.1 选题背景
• 1.5.2 研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 2D 伺服阀的结构与工作原理
• 2.1 2D 伺服阀
• 2.1.1 2D 伺服阀的结构
• 2.1.2 2D 伺服阀的工作原理
• 2.2 电液数字控制元件
• 2.2.1 电液数字控制技术
• 2.2.2 电—机械转换元件
• 2.2.3 混合式步进电机工作原理
• 2.2.4 混合式步进电机的连续跟踪控制
• 2.3 本章小结
• 第3章 2D 伺服阀的非线性与线性模型
• 3.1 2D 伺服阀运动的基本方程
• 3.2 圆孔型2D 伺服阀的非线性模型
• 3.2.1 高、低压圆孔的流量特性
• 3.2.2 重叠面积的计算
• 3.2.3 左侧敏感腔连续性方程
• 3.2.4 阀芯的力平衡方程
• 3.3 满弓型2D 伺服阀的非线性模型
• 3.4 圆孔型2D 伺服阀的线性化模型
• 3.4.1 流量增益和流量—压力系数
• 3.4.2 圆孔型2D 伺服阀的导控阻力半桥
• 3.4.3 圆孔型2D 伺服阀的线性化模型
• 3.4.4 圆孔型2D 伺服阀的传递函数
• 3.5 本章小结
• 第4章 圆孔型2D 阀与满弓型2D 阀的对比研究
• 4.1 龙格－库塔（Runge Kutta） 法
• 4.2 满弓型2D 阀与圆孔型2D 阀的动态响应对比研究
• 4.2.1 左侧敏感腔容积的影响
• 4.2.2 阀芯台肩半径的影响
• 4.2.3 阀芯质量的影响
• 4.2.4 伺服螺旋槽升角的影响
• 4.2.5 小孔半径的影响
• 4.2.6 高低压小孔初始重叠面积的影响
• 4.2.7 系统工作压力的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 2D 伺服阀的实验研究
• 5.1 实验系统的组成
• 5.2 圆孔型2D 阀的零位泄漏实验
• 5.2.1 零位泄漏量理论计算
• 5.2.2 零位泄漏量实验
• 5.3 圆孔型2D 伺服阀的性能实验
• 5.3.1 静态性能实验
• 5.3.2 动态性能实验
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果