弓形和矩形先导级2D伺服阀动态特性分析

2D伺服阀基于螺旋伺服的原理将先导级和功率级集成在阀芯上,具有功率密度高和响应速度快的特点,其动态特性易受先导级节流口的影响。本文对弓形和矩形两种先导级结构的2D伺服阀动态特性及其结构参数对动态特性的影响进行研究。首先,阐述2D伺服阀的结构及工作原理,分别建立弓形和矩形先导级结构2D伺服阀的数学模型;然后,采用数值计算的方法对两种先导级结构2D伺服阀进行仿真分析,获得两者在不同结构参数(斜槽角β、先导级零位开口量h 0)和不同工作压力p s下的阶跃响应特性;最后,搭建2D伺服阀的阶跃特性实验平台,获得弓形和矩形两种先导级结构2D伺服阀的阶跃特性实验曲线,并与仿真结果进行比较。结果表明,在相同结构参数(斜槽角β为82°、先导级零位开口量h0为0.02mm)和20MPa工作压力条件下,2D伺服阀采用矩形先导级结构将阀芯轴向位移对阀芯转角的阶跃响应时间,从弓形先导级结构的3.4ms缩短为1.4ms。将矩形先导级结构应用于以力矩马达作为电-机械转换器驱动阀芯旋转构成的2D电液伺服阀中,当阀芯轴向位移为0.3mm时,其阶跃响应时间为10ms,基本满足2D电液伺服阀对响应速度的要求。

基于模糊算法的2D伺服阀控制器的研究

为了提升2D伺服阀电-机械转换器的控制性能,建立了一种基于模糊控制在线参数调节控制算法的2D伺服阀控制器。在2D伺服阀硬件主芯片采用TMS320F2812_DSP微处理器的基础上,采用先进的模糊控制算法与传统的PID控制相结合的模糊PID控制策略,将模糊控制的鲁棒性好、适应性强以及PID控制可对控制参数进行实时调节等有效地结合起来。根据2D伺服阀电-机械转换器测试所需要的条件,搭建2D伺服阀电-机械转换器试验系统对2D伺服阀电-机械转换器的性能进行测试。实验结果验证了所设计的模糊控制算法的控制器是一种较为理想的控制方法,系统具有较高的性能,能改善步进电机控制系统中存在的失步、振荡现象,实现在线修正,电-机械转换器的频宽从之前的260Hz提高到380Hz。

大流量2D伺服阀新型控制器的研究

介绍了一种新型的2D阀的控制器.2D伺服阀采用伺服螺旋机构实现阀芯的角位移转化成阀芯的轴向位移,阀芯的旋转运动由一步进电机来驱动,阀腔内产生的压力差推动阀芯的轴向运动.该控制器以基TMS320F2812DSP芯片的空间电压矢量调制技术为基础,以PWM功率放大电路和A/D采样电路作为基本硬件组成.该控制器的软件部分由C语言编写的控制程序组成.结合给出的系统流程图,搭建实验平台并对该控制器性能进行测试.实验结果表明该控制器具有良好的性能.

2D伺服阀先导级螺旋阀口稳态液动力的研究

为研究二维(2D)伺服阀的稳定性及其影响因素,结合2D阀先导级螺旋阀口双流道中心对称的结构特点,通过理论分析和流体动力学仿真,得出流体流经螺旋阀口产生的稳态液动力属于空间力,且2个对称阀口处稳态液动力的径向分力大小相同,方向相反;而轴向液动分力和周向液动分力形成的力矩随着阀口开度增加逐渐减小,yoz平面的射流角度也逐渐减小,且当阀口开度小于0.1 mm时,减小幅度很大,开度大于0.2 mm时,趋于稳定;随着入口流速的增加,轴向液动力和周向液动力矩逐渐增加。结果表明稳态液动力的轴向分力及周向力矩促使先导阀口关闭,对阀芯稳定具有促进作用。

大流量2D伺服阀的设计与实验研究

介绍了一种2D结构的大流量伺服阀的工作原理,通过理论分析和产品样机试验,研究该阀的泄漏特性、空载流量特性以及阀芯运动过程的动态特性,并结合试验数据阐述了大流量2D伺服阀设计中需要注意的问题。该阀在单边压降为3.5 MPa时,流量可达到1000 L/min,并且具有良好的动态特性,且频宽约为120 Hz。

基于虚拟仪器2D伺服阀实验平台的研制

为优化设计2D伺服阀并提高其测试的准确性和高效性,结合虚拟仪器和高速数据采集技术,开发一套2D伺服阀的测控系统,包括参数设置、数据采集、数据存储及分析等功能。通过对10通径2D伺服阀进行测试,结果表明:该测控系统能够实现不同工况下2D伺服阀的静动态特性及频响测试;静态特性显示阀芯轴向位移与流量成线性关系,且滞回非常小;当系统压力为14 MPa、阶跃响应时,伺服阀轴向位移的上升和下降时间分别为9和7 ms;当敏感腔体积加倍,系统压力为13 MPa时,2D伺服阀会发生自激振动和啸叫,且振动基频约为1300 Hz。

2D伺服阀控单出杆缸的实验研究

为了研究2D伺服阀控制液压单出杆缸位置闭环系统输出对输入的响应特性,设计了2D阀控单出杆实验的原理和结构及其同步电液数字伺服系统,并在此基础上完成2D阀控单出杆的稳定性分析和响应特性分析的实验研究。实验结果表明对2D阀控单出杆缸位置闭环实验,当输入信号幅值为0.1 V(8 mm)时,阶跃响应的上升时间为1.2 s,调整时间为2.5 s,系统稳态误差为0,-3 d B时对应的频宽为5 Hz。

斜槽型2D伺服阀的阀芯高低压孔设计与实验研究

为提高螺旋伺服机构的动态性能,设计了阀芯形式为斜槽型高低压孔的2D伺服阀,并对斜槽型2D伺服阀和圆孔型2D伺服阀进行导控级零位泄漏实验、阀芯阶跃响应特性和动态特性的实验研究。实验结果表明:对阀芯的高低压孔进行斜槽型结构的改进是合理的,可以提高伺服螺旋机构的动态性能的目的。

圆孔型2D伺服阀阀芯位移阶跃实验装置的设计

为了研究阀芯形式为圆孔型高低压孔2D伺服阀的阶跃响应时间,设计了摆轮式阶跃响应装置,并在此基础上完成对圆孔型2D伺服阀的阀芯位移的响应特性分析和稳定性分析的实验研究。实验结果表明:摆轮式机构可以给出一个理想的阶跃信号,当输入压力为21 MPa时,阶跃信号为0.9 ms,圆孔型2D伺服阀的阀芯位移阶跃响应时间为2 ms。

2D伺服阀嵌入式伺服控制系统的研究

为提高2D伺服阀的性能,设计应用于2D伺服阀的嵌入式电液伺服控制系统。该系统基于TMS320F2812DSP芯片设计了新型嵌入式控制器,集成A/D采样以及串口通讯等功能模块,并采用位置与电流双闭环控制算法对2D伺服阀的动静态特性进行实验测试。同时,利用图形化编程工具Lab VIEW,设计了人机交互界面,可以方便对控制器相关功能模块参数进行在线调试和实时显示工作状态。实验结果表明,该伺服控制系统工作稳定,具有良好的性能,由其控制的2D伺服阀的性能有了很大的提升。

2D伺服阀矩形先导控制阀口气穴特性研究

为研究双自由度(2D)伺服阀先导控制阀口处气穴现象的影响因素及对阀芯稳定性的影响,运用Fluent软件中cavitation模型对2D伺服阀矩形先导阀口进行了气穴特性的仿真研究。研究表明,在出口压力低于1 MPa时,阀口处会出现气穴现象,且因气穴指数σ较小,故在弓形感受通道会出现气泡现象,出口压力高于5 MPa时,无明显气泡现象但阀口处的气穴仍然存在;随着入口流速增加,阀口内侧壁和外侧壁处气穴强度和分布范围增加;在出口压力0.1 MPa情况下,随着阀口开度增加气穴现象减弱。结果表明,2D伺服阀正常工作时先导阀口处会产生气穴,对伺服阀阀芯运动的稳定性产生干扰。

2D伺服阀步进电机式电-机械转换器控制研究

为了解决2D伺服阀步进电机式电-机械转换器传统工作方式所存在的分辨率与响应速度之间的矛盾,同时,保证其在系统内部参数变化及外部扰动作用下也能具有良好的控制效果,本文提出了基于自抗扰控制(ADRC)的位置和电流双闭环同步跟踪控制算法。首先,阐述了步进电机式电-机械转换器的同步控制原理,建立了数学模型,设计了自抗扰控制器;其次,根据位置、电流双闭环同步跟踪控制算法,利用Matlab/Simulink对电-机械转换器进行了仿真分析,仿真结果表明,该电-机械转换器具有良好的动静态特性,同时在不同电感、摩擦力等内部参数变化以及外部脉冲干扰作用下也具有良好的控制能力,与传统PID控制相比具有较好的控制效果;最后,为了验证分析的正确性和控制算法的有效性,设计了该电-机械转换器的嵌入式控制系统,搭建了步进电机式电-机械转换器及2D伺服阀特性测试平台,电-机械转换器所测得的对应-3 dB、-90°的频宽为250 Hz,上升时间约为5 ms,实验结果和理论分析较吻合;采用该电-机械转换器的2D伺服阀所测得的对应-3 dB、-90°的频宽约为135 Hz,阶跃响应的上升时间约为8 ms,实验验证了在系统工作压力变化时,系统也具有良好的控制效果。理论分析和实验表明,该电-机械转换器在基于自抗扰控制的位置和电流双闭环同步跟踪控制算法下具有良好的动静态特性,同时具有良好的鲁棒性、抗干扰性。

1000L/min 2D伺服阀实验研究

2D伺服阀采用伺服螺旋机构实现阀芯的角位移转换为阀芯的轴向位移。采用2D阀的结构方案实现了1000 L/min大流量阀的设计。采用步进电机作为电-机械转换器,并采用位置和电流闭环来驱动阀芯转动。为了实现步进电机输出角位移连续可控采用了步进电机连续跟踪算法的控制方法并在步进控制中引入脉宽调制控制技术,并以此为基础搭建了试验平台,设计了以TMS320F2812作为CPU的2D伺服阀控制器。在分析该阀的结构和工作原理基础上,对该阀频率响应进行实验研究。实验表明:该阀具有良好的动态特性,在幅值为25%阀满开口的正弦信号输入下,相位滞后90°对应的频宽约为50 Hz。

插装式2D伺服阀流场仿真及实验研究

阐述了插装式二维(2D)伺服阀的结构及工作原理,设计了圆形和扇形两种回油流道结构,通过Fluent软件对不同进出口压差下两种流道结构的流量、压力分布、速度分布进行数值模拟计算,进而算出两种流道结构的流阻系数,通过实验研究验证了仿真结果的正确性。研究表明,在进出口压差相同的条件下,扇形流道的流阻相比圆形流道的流阻较小,能量损失较小,通流能力较大,流阻系数是流道的本身性质与外界条件无关。这为插装式伺服阀的优化设计提供了一定的参考。

2D伺服阀电-机械转换器参数实时优化的自抗扰同步跟踪控制

步进电机作为2D伺服阀电-机械转换器,在传统工作方式下存在分辨率和响应速度之间的矛盾且容易受扰动影响,新型控制器参数人工整定费时费力且难以取得满意的控制效果。为了解决这些问题,本文提出了参数实时优化的自抗扰同步跟踪控制算法(AAP),其基于自适应遗传算法(AGA)的自动调节机制,能根据电-机械转换器被控过程的输出特性,在线校正和整定控制器参数;自抗扰位置控制器能有效抑制来自电-机械转换器内部电感、摩擦力,外部负载以及2D伺服阀工作的系统压力突变带来的各种干扰;同步跟踪控制实现了电-机械转换器转子在任意位置快速、精确的定位,成功解决分辨率和响应速度之间的矛盾。本文首先阐述电-机械转换器同步跟踪控制原理并建立了数学模型,然后介绍了AAP、自抗扰位置控制器设计及参数优化思路,最后为了检验方法的有效性并测试控制效果,用Matlab/Simulink对比例积分微分(PID)和AAP控制下的电-机械转换器仿真并对比分析,搭建了电-机械转换器和2D伺服阀测试平台。实验测得AAP控制的电-机械转换器上升时间为4.4 ms,对应-3 dB、-90°处的频宽约为240 Hz,控制的2D伺服阀上升时间为6.9 ms,对应-3 dB、-90°处的频宽约为105 Hz,相较于传统PID算法控制,具有更好的动态性能、频率特性及鲁棒性。

2D伺服阀二元缝隙流启动阻力及其影响因素

二维(2D)伺服阀具有动态特性好、功率质量比高等特点,启动时阀芯先转动,后在先导级控制油的作用下阀芯轴向运动,故阀芯和阀套之间的二元缝隙流产生的摩擦阻力是影响其特性的重要因素。为研究二元缝隙流对摩擦阻力的影响,对10通径2D伺服阀阀芯右侧的缝隙流进行理论分析和仿真研究。研究结果表明:阀芯上的摩擦阻力与缝隙宽度、入口压力和动壁面运动速度都有密切的关系;其值随着缝隙宽度增加先下降然后增加,存在最优缝隙宽度,且最优值小于一元缝隙流;随着入口压力的增加,摩擦阻力增加,而随着动壁面运动速度增加,摩擦阻力会先增大后减小。实验中2D伺服阀启动时需要克服的启动摩擦阻力仅2.94 N,可以实现大的功率质量比。

22通径2D伺服阀的研究与设计

介绍了2D伺服阀的工作原理,提出了一种22通径伺服阀设计方案,设计计算了主要结构尺寸参数,对伺服阀的阀芯进行了力学分析,并建立了数学模型,最后利用MATLAB进行了仿真研究。

大流量2D数字伺服阀电-机械转换器的频率特性研究

为使所开发的2D大流量伺服阀达到较好的性能,设计了一款基于DSP芯片和DRV8432全双桥电机驱动芯片控制器,高频PWM波信号输入DRV8432芯片的三个半桥电路,驱动电—机械转换器。为了消除电—机械转换器响应速度和控制精度之间的矛盾,对其进行位置闭环、速度闭环和电流闭环控制。并结合Simulink进行仿真,仿真结果表明该方法具有良好的效果。设计了实验方案并搭建实验平台对控制器进行测试,实验结果表明该控制器具有良好的稳态性能。

一种通径6的2D数字伺服阀的实验研究

对通径6的数字伺服阀的性能进行研究。首先阐明2D数字伺服阀的工作原理,其次分析其内泄漏的原因并进行理论分析。2D数字伺服阀为利用阀芯的双运动自由度原理设计而成的导控型阀,由于其采用的是螺旋伺服机构,使得两个自由度互不干扰,十分巧妙地实现了两级阀的功能。最后对其进行试验研究,实验结果和与国外阀的性能比较均表明2D数字伺服阀具有良好的动态性能,并且其内泄漏量很小。

2D数字伺服阀的动态特性试验研究

首先介绍2D数字伺服阀的结构及工作原理,该阀采用闭环控制的步进电机作为电-机械转换器.然后设计嵌入式2D数字伺服阀控制器,为保证步进电机作为电-机械转换器具有较高的响应速度,同时又保证其具有较高的定位精度,提出步进电机采用同步式伺服电机的控制方法,在其定子各相通入90°相位差的连续变化的正弦电流,保证转子的输出角位移可以快速跟踪输入信号的变化.为了获得2D数字伺服阀的实际性能,建立实验平台,并对阀的性能进行实验研究.实验结果表明,采用同步式伺服电机控制算法的步进电机作为电-机械转换器的2D数字伺服阀具有良好的动态特性,在幅值25%的最大阀开口的正弦输入信号下,对应-3 dB的频宽约为130 Hz.