直驱阀故障诊断及特性研究

在液压控制系统中,电磁阀将电信号转换为液压信号,从而实现对系统中压力和流量的精确调控,在保障系统稳定运行和高效操作方面发挥着至关重要的作用。在某阀体做出厂性能测试过程中,出现压力波动异常,经多方排查结果为直驱阀的电流在280~330mA,以每5mA为1个台阶进行阶跃变化时,压力无法跟随电流进行同步变化。通过对故障阀进行清洁度检测、单体性能测试、零件交叉复测等操作,锁定衔铁膜厚度不均匀为故障主要原因。最后通过优化对衔铁的喷涂,配置膜厚检测设备,提高喷涂膜厚均匀性,大幅提高产品合格率。

旋转直驱阀的双闭环模糊PID控制仿真分析

采用MATLAB平台进行建模仿真的方法,利用位置环/电流环双闭环比例-积分-微分(PID)控制系统,并与模糊控制相结合,解决了航空发动机燃油调节系统的旋转直驱阀(RDDV)伺服系统存在液动力负载扰动,严重影响系统的动态特性和稳定性的问题.仿真结果表明:在相同输入条件下,采用模糊双闭环控制方法能在保证系统无超调的前提下显著缩短响应时间;当存在扰动时,能使系统更快地恢复到稳态.

直驱阀控制系统设计及验证

为提高直驱阀系统的动态特性和稳定性,设计了1种位置环加电流环的直驱阀双闭环控制系统,其中位置环采用比例积分控制加相位超前校正,电流环采用比例积分控制。在MATLAB平台上,开展了电流环仿真、位置环的参数辨识以及仿真;在由DSP和FPGA构成的验证平台上,开展了试验验证,电流环与位置环的控制效果与仿真模型均一致,获得了400 Hz以上的电流控制带宽和25 Hz以上的位置控制带宽。研究结果表明:此控制器设计及校正方法可有效提高直驱阀系统的动态特性和稳定性。

伺服阀旋转直驱超声电机机理与特性

针对某旋转直驱式伺服阀对驱动电机小长径比紧凑型结构形式的设计要求,从伺服阀功率级200 Hz动态响应需求出发,设计了一款环形行波型超声电机。分析了超声电机的基本工作原理并建立了超声电机定子转子摩擦传动模型,搭建了超声电机特性测试实验台并进行了转矩-转速测试,实验结果与仿真结果一致,验证了电机设计的合理性。在此基础上,进行了超声电机驱动频率和驱动电压的影响特性分析,结果表明超声电机在49.8 kHz的驱动频率下具有最大的工作效率,驱动电压大于110 V时可以满足伺服阀转速与转矩工作需求,并且在49.8 Hz的驱动频率和110 V驱动电压条件下可以接近最大的工作效率。

微小流量旋转直驱伺服阀传控特性分析与优化

针对无人机、战术弹、支线民航等小型飞行器航空发动机燃油计量系统与推力矢量系统微小流量的伺服控制需求,就旋转直驱伺服阀偏心球副传动接口与非全周节流阀口等关键结构进行了尺寸约束设计分析,并就节流阀口宽度、球副偏心距以及驱动电机转动惯量等重要参数进行了优化分析,给出了伺服阀结构设计的优化区间。在此基础上,研究提出了电机转角与电流双闭环控制方法,幅频响应实测结果与理论分析较为一致,200 Hz以上高频响应满足实际需求,且双闭环控制方法大幅降低了伺服阀响应超调并提升了稳定性。

直驱式伺服阀用四余度线性力马达磁力特性研究

为明确某直驱式伺服阀用四余度线性力马达的磁力特性,在采用解析法建立线性力马达磁路模型的基础上,基于Maxwell对其在静磁场下的磁路分布、衔铁受力、正常/故障下的衔铁位移-力特性进行分析。正常/故障下衔铁位移-力特性的对比表明:正常工作时两种结构具有一致的静态特性,故障模式下径向布局结构各线圈故障对力马达静态特性的影响相同,而轴向布局结构对力马达静态特性的影响则与故障线圈的位置有关。此外还对其在瞬态场下的频率特性和线圈间的感生电动势进行分析,结果表明:轴向布局结构比径向布局结构的四余度线性力马达幅频特性更高。对四余度线性力马达的磁力特性进行了详细分析,为其进一步的设计改进提供了参考。

基于ADRC和模型预测控制的直驱伺服阀振荡抑制研究

直驱伺服阀因构造简单、抗污染能力强、输出功率大等突出优势,逐渐扩展其应用场景。作为飞控系统的关键部件之一,电液伺服阀的特性与可靠性直接关乎飞行性能与安全。本文针对某型航空用双系统直驱伺服阀存在的阀芯振荡问题,探究基于方法的伺服阀振荡抑制策略。建立了该直驱伺服阀系统的部件级数学模型,并与突变液流力模型联合运算;设计了自抗扰控制器(ADRC)和模型预测的复合控制方法,并与传统比例积分微分(PID)控制方法进行仿真对比。结果表明,ADRC和模型预测的复合控制方法对直线电机电流的高频小范围调节可有效抵消突变液流力对阀芯运动的影响,从而为直驱伺服阀在复杂受力环境下的控制器设计提供理论参考。

基于增材制造旋转直驱伺服阀的肢腿运动单元位置控制研究

液压腿足式机器人因其可承受大负载、具有更高的速度上限等优势被广泛应用于物资搬运、地形侦查等场景。伺服阀作为液压系统中的控制元件,与机器人作业过程的运动稳定性、地形适应性、节能等方面都存在着密切关联。目前腿足式机器人系统普遍应用喷嘴挡板式伺服阀,不同阀型号的选择往往只需要满足阀的频响、压力、流量等指标,并且伺服阀的数学模型也通常近似为低阶环节,这在设计中弱化了伺服阀对系统的影响。为探究不同结构伺服阀与控制系统最佳匹配问题,研究了增材制造旋转直驱式伺服阀在机器人位置控制系统中的性能,并将其与传统喷嘴式挡板阀作比较,分别建立其数学模型并在单腿试验台上完成实验验证。结果表明,在相同的流量压力需求下,应用旋转直驱阀的控制系统足端阶跃响应时间减少了14%,足端正弦轨迹跟踪误差减少了21%。

基于AMESim的比例方向阀与直驱式伺服阀故障特性分析

比例方向阀与直驱式电液伺服阀具有响应快、抗污性染性强等优点,广泛应用在各大工业领域。根据比例方向阀和直驱式伺服阀的结构和工作原理,利用AMESim软件搭建两种阀的仿真模型,仿真分析这两种阀在常见故障下的流量特性曲线,通过电液伺服阀性能检测平台将仿真与实验数据进行对比,验证了仿真模型的准确性。通过对这两种阀的分析,可为不同工况下液压系统设计中伺服阀的选择及伺服阀的故障维修提供参考。

基于直驱阀的快速响应线控制动系统液压力精确控制

为突破响应时间与控制精度的性能瓶颈,提出一种基于直驱阀的快速响应线控制动系统,通过基于Halbach永磁阵列的电磁直线执行器直接驱动阀芯,实现制动轮缸液压力的迅速调节。建立线控制动系统电磁、机械和液压子系统模型,设计基于逻辑门限的线控制动系统液压力-直驱阀位置切换控制架构。压力环采用滑模变结构控制,使轮缸液压力迅速逼近目标液压力值;设计结合摩擦补偿自适应控制律、稳定反馈和鲁棒控制的自适应鲁棒控制方法的直驱阀位置环,使直驱阀芯能够迅速通过阀死区;基于李雅普诺夫函数方法证明算法的稳定性。以线控制动系统的响应时间、控制精度等性能参数作为目标函数,通过相关矩阵分析控制参数对性能的影响规律,并通过多目标粒子群算法优化控制器参数。研究结果表明:提出的切换控制方法与PID控制和滑模控制相比,目标压力10 MPa的阶跃响应时间为0.05 s,稳态误差不超过2%;ARTEMIS欧洲循环工况下的均方根误差为0.33 MPa;设计的直驱阀结构与控制方法有利于提高制动系统的响应速度和控制精度。

旋转直驱伺服阀用有限转角电机的设计与研究

针对旋转直驱伺服阀的工作特性,设计了一种有限转角电机,该电机仅在一定转角范围内摆动定位。通过等效磁路法讨论了该电机的矩角特性。基于Maxwell有限元软件对有限转角电机的矩角特性、转矩特性和霍尔传感器感应磁场进行了有限元分析。实验结果和仿真结果基本一致,表明该有限转角电机转矩大(大于57 mN·m),且在±10°转角范围内的转矩波动小(仅为4.3%),可用作旋转式直接驱动伺服阀前置级驱动。

磁滞非线性对直驱式电液伺服阀性能的影响

直驱式电液伺服阀(DDV阀)采用力马达直接驱动伺服滑阀,其结构简单,可靠性高,抗污染能力强,而性能指标也能够满足实际系统需要,是目前有发展前途的一种电液伺服关键元件,但是其力马达的非线性对阀的性能有一定的影响,本文对磁滞非线性影响DDV电液伺服阀动态性能的问题进行了研究,所得出的结论为同类电液伺服阀的研发提供了参考。

直驱式力马达阀性能检测系统

直驱式力马达阀(FMV)因响应快、控制精度高、抗污染能力强等特点被广泛应用于轧机自动厚度控制系统。对FMV的各项性能指标进行有效、实时的检测是控制钢材生产成本的一个重要环节。传统的伺服阀测试系统一般通过负载腔之间的流量、压力变化来检测其静态特性,这一原理可有效用于三位四通伺服阀的静态性能检测。而直驱式力马达阀是一种特殊的三通阀,它的性能指标无法像常见的三位四通伺服阀一样通过负载腔之间的流量、压力变化来检测。提出并实现了一种直驱式力马达阀性能测试方法,根据液压阀测试性能指标,设计、搭建了用于检测直驱式力马达阀性能的测试平台,有效检测了FMV的性能指标并绘制了其性能曲线。结果表明,根据伺服阀测试标准所提出的直驱式力马达阀性能测试方法以及所搭建的测试系统可有效用于FMV的静态性能指标的检测。

直驱式电液伺服阀用线性力马达耐高温优化设计

线性力马达研究在高温下永磁铁存在退磁、线圈散热能力下降导致许用电流降低等问题,对材料选择和结构优化设计提出了挑战.文中从线圈参数、气隙结构、永磁材料等方面对6通径DDV阀用线性力马达进行优化设计.利用Ansoft Maxwell软件建立线性力马达有限元仿真模型,针对线圈结构参数,重点研究安匝数的优化选择;针对气隙结构参数,研究气隙宽度、高度等因素对马达力性能的影响;对耐高温永磁体的材料进行优化选择.仿真与实验结果表明:优化后的线性力马达耐高温能力和输出力显著提高,工作油温最高可达200℃,驱动力在100 N以上.

航空双系统直驱伺服阀阀芯振荡机理及抑制方法

作为飞控系统的关键部件之一,电液伺服阀的特性与可靠性直接关乎飞行性能与安全。直驱阀因构造简单、抗污染能力强、输出功率大等突出优势成为近年来的研究热点。针对一种新型双系统直驱伺服阀的阀芯振荡问题,认为阀口空化引起阀腔凸肩面压力脉动是阀芯振荡的主导因素。基于气液两相数值模拟研究了近阀口空化与压力分布特征,揭示了空化与阀芯振荡的机理;建立了双阀芯的动力学模型,典型工况下阀芯所受流体力和位移振荡仿真结果与实验数据基本吻合,验证了所提方法的可靠性。结果表明,阀杆长径比与阀口节流级数对阀芯振荡有较大影响。回油腔阀杆长径比减小18%,可使振荡幅值削减约67%,为抑制双系统直驱伺服阀振荡提供了理论参考。

液压放大式超磁致伸缩直驱式伺服阀的设计与实验

研制了一种基于液压式微位移放大机构的超磁致伸缩直驱式电液伺服阀,在保证较大体积流量的前提下,提高了直驱式电液伺服阀的频响.采用弹性力学理论、有限元和计算流体力学(CFD)方法对直驱式电液伺服阀进行了结构设计和分析,并制作了超磁致伸缩直驱阀样机,在AMESim下建立其磁-机-液耦合模型.仿真和试验表明:所设计的超磁致伸缩直驱阀的频响超过100Hz和系统油压21MPa下的负载体积流量达到30L/min.

液压放大式PZT-DDV建模与控制仿真

研制基于液压位移放大原理的压电陶瓷直接驱动伺服阀(PZT-DDV,Piezoelectric-Direct Drive Valve),实现大流量高频响的要求.分析其结构特点,建立系统数学模型,基于AMESim和Simulink的协同仿真环境,对其进行仿真控制研究.采用AMESim建立了PZTDDV的模型和虚拟液压测试系统,利用Simulink建立了数字控制器模型,通过接口组成协同仿真环境.针对PZT-DDV的迟滞、摩擦和液压位移放大结构的负载敏感特性,采用前馈控制改善迟滞,提高动态响应.基于LuGre摩擦力模型以及密闭腔压力监测,采用自适应backstepping方法实现摩擦及负载变化对放大机构输出位移的扰动补偿.仿真结果表明:前馈控制提高了系统的动态性能,自适应backstepping控制方法提高了系统的稳态控制精度.