小流量2D数字伺服阀的设计与研究

针对喷嘴-挡板伺服阀抗污染能力差,射流管伺服阀频响低等缺点,提出了一种结构简单、抗污染能力强,频响高的小型数字阀—6 mm通径2D数字伺服阀。该阀由2D方向阀、传动机构和电-机械转换器组成。在分析该阀的结构和工作原理的基础上,对2D数字伺服阀的动态特性进行了MATLAB仿真。该阀的最小间隙为1.2mm,仿真结果表明:2D数字伺服阀对应-3 d B、-90°的频宽约为240 Hz。2D数字伺服阀实验研究结果是该阀对应-3d B、-90°频宽约为205 Hz。说明该阀不仅抗污染能力强,而且频响很高。     

2D数字伺服阀

2D数字伺服阀的阀体部分采用伺服螺旋机构将阀芯的旋转运动转换为阀芯轴向运动,实现伺服阀液压功率放大,并利用步进电机驱动阀芯在一定的角度范围内运动实现电-机械信号的转换作用。为了保证步进电机作为电-机械转换器具有较高的响应速度和定位精度,应用DSP设计了一种嵌入式数字阀专用控制器,对其进行闭环伺服控制,保证对输入信号的连续快速跟踪,以该控制思想设计的电-机械转换器实现了对步进电机的控制,其频响达200Hz以上。为了获得2D数字伺服阀的性能,建立实验平台对阀的性能进行实验研究。实验结果表明,2D数字伺服阀具有良性的静态特性,其分辨率和滞环皆在1%以内,2D数字伺服阀同时还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-3dB频宽约为130Hz。     

基于TMS320F28335的2D数字伺服阀控制器的设计

2D数字伺服阀独特的结构使其具有体积小、重量轻、抗污染能力强等优点,但其性能在很大程度上取决于其控制器的性能。该文提出了2D数字伺服阀电-机械转换器的位置和电流双闭环控制原理,以TMS320F28335为主控芯片,用全桥驱动芯片DRV8432驱动电机,用电流检测传感器ACS712检测电流,设计了2D数字伺服阀的控制器,实现了2D数字伺服阀电—机械转换器的快速无失步地在任意位置定位,兼具高响应速度和分辨率,同时提高了集成度,减小了控制器的体积。该控制器具有良好的动静态特性,实验表明,电—机械转换器的频宽为250Hz,上升时间为5.3ms;2D数字伺服阀的频宽为180Hz,上升时间为6.5ms。     

大流量2D数字伺服阀频率特性

介绍2D数字伺服阀的工作原理,其中阀用步进电机采用位置和电流闭环控制.对数字阀建立数学模型,并对数字阀频率响应进行实验研究.实验结果表明:2D数字伺服阀具有良好的动态特性和阶跃响应特性,在幅值25%的最大阀开口的正弦输入信号下,幅值为-3dB对应的频宽约为80Hz,阶跃响应时间约为9ms.     

低惯量电-机械转换器动态特性研究

设计基于DSP永磁盘式步进电机控制系统,并将该系统作为数字伺服阀低惯量电-机械转换器,采用位置和电流双闭环反馈控制研究其动态特性。实验结果表明:该电-机械转换器在100%幅值下阶跃响应达到3.5ms;25%幅0值下对应相位角滞后90°频宽达到275Hz。     

低惯量旋转电磁铁的动态特性研究

研制了一种新型空心杯转子结构的低惯量旋转电磁铁。首先建立了旋转电磁铁的数学模型,仿真分析了其频率响应和阶跃响应,其仿真频宽约为230Hz／一3dB和240Hz／一90。,上升时间约为4．3ms。为了验证理论分析的正确性,搭建了旋转电磁铁的试验平台对其进行了研究。研究结果表明,该旋转电磁铁具有良好的动态性能,其试验频宽达到220Hz／一3dB和220Hz／一90。,上升时间约为5．6ms。试验结果和仿真结果基本一致,表明该旋转电磁铁适合用作高频2D数字阀的电一机械转换器。     

1000 L/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 。     

Φ6mm通径2D数字伺服阀的实验研究

针对2D数字伺服阀静动态特性可能存在的不稳定问题,分析了2D数字伺服阀的结构、工作原理及抗污染能力。并在此基础上,设计并搭建了测试实验平台,在额定压力21MPa时,对5只额定流量为50L/min的通径6mm的2D数字伺服阀进行了静动态特性实验研究。研究结果表明:5只2D数字伺服阀滞环都小于5.7%,-3dB处幅频宽至少可达70Hz(25%额定流量),阶跃响应上升时间至少可达8.8ms;5只6mm通径2D数字伺服阀均具有较理想的静动态特性和良好的加工一致性,不存在静动态特性不稳定的问题。     

(Φ)6通径2D数字阀高频电-机械转换器的研究

为提高数字伺服阀的频率特性和响应速度,对弹射系统用(Φ)6通径,2D数字阀选用低惯量的两相混合步进电机作为其电-机械转换器,介绍了其工作原理并设计了2D数字伺服阀专用DSP控制器,用电流和位置双闭环算法对其性能进行了实验研究.实验结果表明,该电-机械转换器在幅值100%最大阀开口的阶跃信号输入下,上升时间为5 ms;正...     

振动环境下2D电液比例伺服换向阀动静态特性的研究

针对振动环境下的液压系统对可靠的高压大流量比例伺服换向阀的需求,及实际高端液压系统中的新要求,提出了一种紧凑型大流量2D电液比例伺服换向阀。分析了该阀的螺旋伺服机构工作原理,建立了数学模型,推导了导控级流量方程,并基于振动环境下推导了主阀芯的力学平衡方程,利用Matlab进行了动态响应仿真分析,进行了静动态特性相关实验。研究结果表明:仿真分析、数学解析与实验三者所得到的结果基本吻合;并且在振动环境下叠加颤振后,滞环为2. 9%,且静态特性良好,对应-3 d B、-90°的频宽约为85 Hz,动态特性基本符合设计要求,振动可靠性良好。     

4通径2D数字伺服阀的仿真及特性分析

介绍了4通径2D数字伺服阀的结构原理和工作原理,建立了阀的数学模型,对数字伺服阀的静态、动态进行了仿真研究。     

基于Simulink的电一机械转换器仿真研究

针对电-机械转换器频宽主要受限于相位滞后的问题,提出了相位补偿的方法。建立了电-机械转换器的模型并进行了仿真分析,阐述了相位补偿的理论依据,并对增加相位补偿前后仿真结果进行对比。理论和仿真结果均表明,相位补偿后电-机械转换器的频率特性明显提高,-3dB、-90°处的频宽为280 Hz。     

基于GMA喷嘴挡板伺服阀的动态特性

提出基于GMA喷嘴挡板伺服阀的新结构,研制了GMM电－机械转换器及其喷嘴挡板伺服阀,分析其结构特点与需要解决的关键技术,建立动态数学模型。构建基于GMA喷嘴挡板伺服阀动态特性的试验系统,试验研究GMA喷嘴挡板伺服阀的阶跃和幅频响应特性,试验测得其阶跃响应上升时间为1 ms、幅频宽达680 Hz;将试验结果与仿真结果进行对比分析,两者基本吻合,论证动态数学模型的正确性。研究结果表明,用GMM设计新型电—机械转换器,可提高喷嘴挡板阀乃至整个电液伺服系统的频响和精度。     

插装式2D电液比例流量阀的特性研究

电液控制元件的插装化是目前移动式液压控制系统的主流发展趋势。现有的2D比例阀面向传统工业液压领域,其受到液压桥路以及压扭联轴节结构限制,无法实现插装化。提出一种新型插装式2D电液比例流量阀的结构原理,在电-机械转换器与半桥式2D阀本体之间引入双向滚子联轴节,以此实现力传递、阀芯位置反馈和阀芯直线-旋转运动的转换功能。基于线性理论推导了阀的特性方程,并利用Nyquist判据判定了阀的工作稳定性;为实现优化设计,建立基于AMESim、ADAMS和Matlab/Simulink平台的联合仿真模型,研究诸关键结构参数对动态特性的影响。最后设计并制造了样机,搭建了滚子联轴节和插装式2D阀的试验台架,研究联轴节的静动态特性及阀样机的空载流量特性、负载流量特性、泄漏特性以及频响和阶跃特性等。试验结果表明样机具有良好的工作性能。当预载荷为40 N时,联轴节的最大输出扭矩为2.3 N·m,输出角位移为0.42°,滞环为5.25%,响应时间为32.5 ms;当供油压力为12 MPa时,阀样机的空载流量为61.5 L/min,滞环为6.32%,阶跃时间为68.5 ms,幅频频宽为19.7 Hz,相频频宽为22.1 Hz。研究表明,插装式2D阀具有较好的静动态特性,是移动式电液控制系统流量控制阀的一种较理想解决方案。     

2D数字阀流量规划补偿死区研究

阐述了2D数字阀的结构和工作原理,分析了2D数字阀死区产生的原因,针对传统的颤振补偿死区方法的不足,提出流量规划补偿死区的新方法,并研究了流量规划同时叠加少量颤振补偿技术。实验结果表明,采用流量规划补偿后,死区基本消失,但滞环依然存在;采用流量规划同时叠加少量颤振补偿技术进行补偿,可以完全消除死区,滞环也明显减小,非线性度小于0.5%,能够达到伺服系统的要求。在死区补偿之后,该阀在25%满量程的正弦波控制下,-3dB处幅频宽可达141Hz。     

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 dB时对应的频宽为5 Hz。     

基于DSP的直流伺服电机的双闭环控制系统

作为数字阀的电一转换器,电机的频率响应对数字阀的性能有非常直接的影响。为提高数字阀的动态响应,设计了直流伺服电机双闭环系统。该系统采用TMS320LF2812为控制核心,在脉宽调制（PWM）方法的基础上,加入了超前补偿网络提高电流环的带宽;采用PI控制算法实现了电机转子的精确定位。简述了实现该控制系统的硬件设计方案和软件控制策略。实验结果表明,该系统能够实现直流伺服电机的电流和位置控制,显著提高了电流环的频率响应。