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直动式电液伺服阀关键技术的研究
中文名称: 直动式电液伺服阀关键技术的研究
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论文编号: 3122381收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Research on the Key Technologies of Direct Drive Servo Valve
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 机械电子控制工程
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 电液伺服控制系统 电液伺服阀 直动式伺服阀 电-机械转换器 位移传感器 行程力特性 电涡流 耐高压 测量特性 磁场 有限元计算 仿真与实验
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论文简介:电液伺服控制系统以其控制精度高、响应速度快、抗负载刚性大等优点,在航空航天领域如导弹、火箭等的模拟加载装置,冶金领域如纠偏机构、张力控制机构,军事领域如火炮控制机构,工程机械领域如推土机、压路机等都有着广泛的应用。电液伺服阀作为电液伺服控制系统的核心部件,其作用是将输入的小功率电信号精确快速的转换为大功率的液压能输出,其性能优劣直接决定着电液控制系统的性能。直动式电液伺服阀因其具有结构简单、响应快、抗污染能力强、可靠性高、无先导级泄漏、特性不受供油压力影响等性能优点,已经成为流体传动与控制领域的一个重要发展方向和竞争焦点。提高电液伺服阀的性能指标,有助于改善电液伺服控制系统的控制特性,有益于更好地满足日益提高的市场需求,进而推动流体传动及控制技术的发展。 论文以直动式电液伺服阀的关键技术为研究对象,在综合国内外文献的基础上,提出了永磁极化、差动磁通驱动、动铁式、耐高压双向电.机械转换器的新结构,通过理论分析和磁场的有限元计算,确定了各结构参数间的匹配关系,实验结果表明该电.机械转换器的线性工作范围±1mm,最大驱动力为±60N,滞环小于2%,幅频宽达到160 Hz。针对目前阀用电感式传感器的频响有限,已难满足高频响电液伺服阀的要求,本论文还提出了耐高压阀用电涡流位移传感器的新结构,并就电涡流传感器易温度漂移的技术难点,在理论分析基础上,提出采用无感线圈进行温度补偿的新方法,仿真和实验结果表明,该位移传感器的测量量程为8mm,精度为O.5%,20~90℃测量范围内温升引起的测量偏差由未补偿时的12%降低到0.7%,频响高,能够满足高频电液伺服阀的性能要求。基于耐高压双向电.机械转换器和耐高压电涡流位移传感器,本论文研制了不带位移反馈以及带位移反馈的直动式电液伺服阀的新结构,仿真探讨了其结构参数与其输出特性的内在关系,实验研究了直动式电液伺服阀的输出特性,实验结果表明,该直动式电液伺服阀的额定压力为21MPa,额定流量为60L/min,额定电流为±2A,滞环小于7%(不带位移反馈),幅频宽达到100Hz(10%额定流量@-3dB)。 有关各章内容分述如下: 第一章,在综合国内外文献的基础上,介绍了电液伺服阀的发展历史,从新结构和新材料两个角度论述了国内外电液伺服阀的研究动态,重点介绍了电液伺服阀的工作原理和性能指标;介绍了伺服阀相关技术,包括冷却技术、位移反馈技术以及液动力补偿技术的进展,总结出电液伺服阀的若干发展趋势。 第二章,介绍了传统型和新材料型两类电-机械转换器的作用、分类及工作原理,并进行了性能比较;分析讨论了单向比例电磁铁的输出特性及工作机理,深入探讨了其结构参数与其输出特性的关系及作用规律;在此基础上,提出了永磁极化式双向电.机械转换器,并就其关键技术包括永磁材料、软磁材料、衔铁支承以及激励线圈等给以了分析讨论。 第三章,基于有限元工具,在考虑导磁材料的非线性导磁特性和漏磁等因素的基础上,建立了静态模型,讨论了结构参数对静态特性的影响,进行了静态特性实验研究,实验验证了该静态模型;分析了电.机械转换器动态过程中电.磁.机的耦合作用,采用直接耦合法计算分析电一机械转换器的瞬态特性,探讨了电气及结构参数对其瞬态特性的影响,进行了动态特性实验研究,实验验证了动态数学模型;基于电液伺服阀宽带大功率驱动的设计要求,设计了带有电流负反馈的PWM型H桥功率驱动放大器,最大电流达到±4A。 第四章,在对比分析常用的电感式位移传感器和电涡流位移传感器的性能基础上,提出了新型耐高压电涡流位移传感器;采用等效电路、阻抗分析以及有限元分析方法,深入讨论了位移传感器电气和结构参数与其测量特性的内在关系;在对其温度漂移的理论分析的基础上,借鉴常用的补偿方法,提出采用无感线圈补偿其温度漂移的策略和实现方案;根据该位移传感器的工作特点,设计出相应的信号调理电路,频宽设置不低于1kHz;实验研究了该位移传感器的测试特性及温度稳定性。 第五章,综合第二章、第四章,提出了不带位移反馈和带位移反馈的直动式电液伺服阀的实现方案,介绍了其工作原理;建立了阀的数学模型,并基于AMESim软件建立了仿真模型,深入讨论了阀的结构参数对其静态、动态特性的影响,并进行了实验验证;实验结果表明,直动式电液伺服阀具有良好的控制特性。 第六章,概括了全文的主要研究工作和成果,并展望了今后需进一步研究的工作和方向。
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