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基于MATLAB的双喷嘴挡板电液伺服阀动态仿真

作　者: 周渊
导　师: 黄浩
学　校: 武汉科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 双喷嘴挡板伺服阀 Simulink仿真优化响应速度
分类号: TH137.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电液伺服阀是伺服系统的核心元件,起着连接电气和液压的纽带作用。它输入控制电信号输出调制的流量和压力。其中双喷嘴挡板电液伺服阀因其响应速度快、功率放大率高、直线性好、死区小等优点,在伺服系统中得到广泛的使用。它通过改变输入马达的电流来控制衔铁的转角,改变挡板与喷嘴的间隙,使喷嘴两端形成压力差,从而推动滑阀阀芯移动,最终达到控制输出压力与流量的目的。衡量伺服阀的重要性能包括静态特性和动态特性,其中通过后者可直接反映出伺服阀的响应速度与稳定特性。因此,对双喷嘴挡板伺服阀动态特性的研究,对于正确设计和测试电液伺服阀具有十分重要的意义。本文以双喷嘴挡板电液伺服阀为研究对象,首先对其结构和工作原理进行分析,了解每部分功能与工作特性;再详细推算出阀的动态数学模型,从力矩马达到阀控缸,最后得出伺服阀总的方框图与动态数学模型。通过给定部分初始条件,计算出一组符合稳定性的伺服阀的各项结构参数和功能参数。另外,在计算伺服阀主回路的主要参数时,了解到伺服阀的动态性能不是由某一个参数决定的,而是由很多参数相互联系、共同决定的。所以在进行仿真分析前,先对主要参数进行甄选,把影响系统稳定性和响应速度的重要参数作为目标参数,进行重点分析。最后通过MATLAB包含的Simulink仿真软件对其仿真,通过仿真分析系统开环和闭环伯德图和阀的动态性能,研究目标函数与伺服阀稳定性和响应速度的关系,并验算理论公式推理的正确性。总之,通过对系统的开环和闭环传递函数的仿真,得出主回路的阶跃响应图和开环、闭环伯德图。再对仿真的图进行分析,并不断改变目标参数的大小,从而能得出目标参数与伺服阀稳定性与频宽的关系。分析的结果与运用理论公式推导的结果相吻合。而且通过Simulink仿真得到的开环和闭环伯德图能更直观、更准确地反映目标参数与伺服阀稳定性和响应的关系,说明了模拟仿真是可行的。同时也为伺服阀的优化设计提供了参考和依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 引言  8
  1.2 电液伺服阀的基本特点及分类  8-9
  1.3 国内外电液伺服阀的研发历史与发展现状  9-11
  1.4 电液伺服阀的发展趋势  11-13
  1.5 本文研究内容  13-15
第二章双喷嘴挡板电液伺服阀原理及介绍  15-20
  2.1 马达的分类  15
  2.2 永磁力矩马达的结构分析及原理  15-16
  2.3 两种力矩马达的分析  16-17
  2.4 双喷嘴挡板阀的原理分析  17-18
    2.4.1 喷嘴挡板阀的控制原理  17
    2.4.2 喷嘴的形状结构介绍  17-18
  2.5 双喷嘴挡板电液伺服阀的结构与工作原理  18-19
  2.6 本章小结  19-20
第三章双喷嘴挡板电液伺服阀数学模型推导  20-38
  3.1 力矩马达传递函数的推导  20-27
    3.1.1 力矩马达的输出力矩方程  20-23
    3.1.2 力矩马达的电压平衡方程  23-24
    3.1.3 衔铁挡板组件的运动方程  24-26
    3.1.4 衔铁挡板的运动平衡方程  26-27
    3.1.5 力矩马达的方框图与传递函数  27
  3.2 挡板位移与衔铁转角的关系  27-28
  3.3 喷嘴挡板控制滑阀传递函数的推导  28-34
    3.3.1 喷嘴挡板阀的流量方程  28-30
    3.3.2 功率级滑阀的力平衡方程  30-32
    3.3.3 喷嘴挡板阀控制滑阀的方框图与传递函数  32-34
  3.4 阀控缸传递函数的推导  34-36
  3.5 喷嘴挡板阀的压力反馈  36
  3.6 伺服阀方块图与总传递函数  36-37
  3.7 本章小结  37-38
第四章双喷嘴挡板电液伺服阀的SIMULINK仿真研究  38-51
  4.1 MATLAB/Simulink软件介绍  38-39
  4.2 伺服阀的参数确定  39-42
    4.2.1 功率级滑阀主要参数确定  39-40
    4.2.2 喷嘴挡板阀主要参数的确定  40-41
    4.2.3 力矩马达主要参数的确定  41-42
  4.3 伺服阀目标参数的选取  42-44
  4.4 目标参数对比仿真  44-49
    4.4.1 系统主要参数优化  44-46
    4.4.2 目标参数Kvf 仿真对比  46-48
    4.4.3 目标参数ωmf、ξ’mf 仿真对比  48-49
  4.5 仿真的结论与意义  49-50
  4.6 本章小结  50-51
第五章总结与展望  51-53
参考文献  53-56
致谢  56-57
攻读硕士学位期间发表的论文  57-58
详细摘要  58-63

基于MATLAB的双喷嘴挡板电液伺服阀动态仿真

内容摘要

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