四通对称加载液压缸的设计与研究

液压缸在液压伺服系统中实际上相当于一个液压弹簧,液压弹簧的固有频率是影响伺服阀测试系统最重要的因素之一。在动压反馈伺服阀测试系统中,伺服阀的最大测试信号要受到液压弹簧固有频率的限制。因此,设计结构合理并且固有频率满足要求的加载液压缸具有十分重要的意义。在此基础上,根据被测伺服阀的最大反馈流量与反馈压差,计算出液压缸的总容积。通过详细的结构设计计算,最终可得到液压缸的活塞直径、活塞杆直径和行程。设计了一种专门适用于动压反馈伺服阀测试用的四通对称动态加载液压缸。该液压缸已在动压反馈伺服阀测试系统中投入使用,并取得了预期效果。     

开式泵控非对称缸系统一阶轨迹灵敏度分析

泵控技术在工程机械、重型机械等领域应用广泛,但目前对其输出特性的分析较少。为了探究泵控系统关键参数对系统输出特性的影响,基于开式泵控非对称缸系统状态方程建立系统一阶轨迹灵敏度模型,并求出各参数的灵敏度函数曲线。提出了峰值灵敏度、均值灵敏度两个衡量指标,分析各参数变化对位移输出特性影响程度的大小。基于0.6 MN开式泵控油压机试验平台,验证灵敏度理论分析的准确性。结果表明:空载时,伺服变量泵2先导级伺服阀增益、伺服变量泵2和伺服变量泵1的先导级伺服阀时间常数影响较大;加载时,各参数两项灵敏度指标数值相近,其中伺服变量泵2的先导级伺服阀的增益、时间常数和油缸面积以及流量增益、系统比例增益影响较大。分析结果可为泵控非对称缸系统性能优化提供理论依据。     

电反馈式伺服阀控制参数半物理整定方法

针对目前电反馈伺服阀控制参数整定周期长、调试效果不理想的问题,介绍一种电反馈伺服阀控制参数的半物理整定方法。采用计算机数值模型代替真实模拟电路对伺服阀机械液压部分进行实时反馈控制;通过更改虚拟参数,得到半物理最优控制参数,并以此为依据调节实际模拟电路。试验表明,该方法相比直接调节模拟电路参数的方法具有参数调节范围大、调试及观测方便、调试数据实时保存等优点,适用于伺服阀研制开发阶段的结构参数优化试验,可以快速找到与当前结构参数匹配的控制参数,为新型电液伺服元件的研制提供技术支撑。     

旋转直接驱动式电液压力伺服阀机理及特性分析

提出并设计出一种旋转直接驱动电液压力伺服阀(Rotary direct drive electro-hydraulic pressure control servo valve,RDDPV),该阀通过偏心驱动机构将力矩电机旋转运动转化为功率阀芯的直线运动,进而改变进回油窗口节流面积比,输出相应负载压力;通过电机位置和输出压力的电反馈闭环实现伺服控制。建立RDDPV非线性数学模型,研究了偏心驱动机构参数对伺服阀动静态特性的影响,确定了阀的主要结构参数。根据理论分析结果制作RDDPV样机,并在试验台上测试了基本特性,试验结果与理论结果一致,表明该阀具有较高的动静态性能,可应用于飞机防滑刹车等稳准快性能要求较高的压力伺服控制系统。     

液压伺服系统控制回路电子校正方案设计

该文针对航天用液压伺服系统,批生产中动压反馈式伺服阀零件种类多,调试难度增大。生产周期长,调试合格率低等突出问题进行分析。开展控制回路优化设计,增加电子校正环节,建立数学模型进行仿真计算和实物验证试验,可在保证系统动态特性前提下,避免了动压反馈式伺服阀生产难度过大问题。     

动压缸电液伺服压力系统自适应差分进化辨识

根据轨道路基测试装置工作原理,建立了动压缸电液伺服压力系统AMESim模型,理论推导出该系统传递函数。针对标准差分进化算法早熟问题,构造了一种可以自动调节变异因子、变异算子和交叉因子的自适应差分进化算法。设计了基于该系统AMESim模型的参数辨识方案,进行了自适应差分进化算法与其他算法的对比仿真,验证了该算法具有良好的辨识精度和收敛性,给出了动压缸负载开环传递函数辨识参数,并通过自适应差分进化算法获得了伺服阀系统开环传递函数辨识参数。最后给出了动压缸电液伺服压力系统传函参数,通过与该系统AMESim模型对比仿真,验证了该辨识参数的有效性。     

基于Fluent软件的刹车压力伺服阀振动问题仿真与分析

某型飞机机轮刹车系统所用射流管式压力伺服阀在试验过程中,阀体高频振动,并伴有尖锐刺耳"啸叫"声。通过试验的方法,发现该问题与伺服阀主阀芯异常旋转直接关联。基于Fluent软件对刹车压力伺服阀主阀芯流场进行建模与仿真,选用标准的k-ε模型,采用SIMPLEC方法计算。通过对仿真结果进行分析,明确阀芯异常旋转的原因,并根据仿真结果对主阀结构进行优化改进,经试验验证,该型刹车压力伺服阀的振动问题得到了解决。     

四辊轧机弯辊电液伺服控制系统动态特性的实验研究

针对四辊轧机弯辊电液伺服控制系统,进行供油压力波动对系统输出精度影响及通过动压反馈网络改善系统动态品质的实验研究,获得系统输出压力变化与供油压力波动量及系统带宽之间的关系,证明动压反馈网络的消扰作用,为确定伺服油源允许压力波动范围和精确设计恒压源系统提供依据。     

基于 AMESim 的液粘调速离合器伺服阀建模仿真研究

为了建立液粘调速离合器完整的液压控制回路,以伺服阀为例对回路中非标准阀的建模仿真方法进行了探讨. 首先通过分析液粘调速离合器液压系统的工作原理,并结合伺服阀的结构,利用仿真软件AMESim建立了伺服阀块的物理结构模型. 结合仿真分析,对控制油压与出口油压的关系以及影响出口油压的因素进行了研究. 结果表明,弹簧预紧力决定了打开阀口时所需的控制油压,但却并不影响出口压力随控制油压的变化梯度. 在此基础上将伺服阀放入液压控制回路中进行仿真,研究控制电流与工作油压的关系并与试验数据进行比较. 结果表明,建立的伺服阀模型仿真结果与试验结果相吻合,为其他非标准阀块的建模仿真提供了参考依据.     

引入反馈杆动刚度的电液伺服阀动力稳定性研究

电液伺服阀是电液伺服系统的核心控制元件,其性能的优劣直接影响电液伺服系统的应用;该文通过建立电液伺服阀各环节的数学模型,获得电液伺服阀系统传递函数关系,引入基于反馈杆的动刚度表达式,应用模态截断理论,分析了不同模态叠加过程对整个闭环系统稳定性的影响.这些研究工作将对电液伺服阀结构优化设计有一定的指导意义.在理论仿真的基础上,比对某型号电液伺服阀的试验测量结果,表明电液伺服阀存在高频失稳现象,这与理论分析结果呈现一致的规律,为解决电液伺服阀的高频失稳问题提供了技术方案,提供工程设计应用参考.     

Development of a novel two-dimensional(2D) three-way(3W) fuel flow control servo valve with constant pressure difference

To solve the problems of large volume, and low integration of traditional electro-hydraulic servo valve with constant pressure differential fuel metering device, a new two-dimensional three-way constant pressure differential fuel flow control servo valve (2D3WFFCSV) is developed. It innovatively adopts the advantages of lightweight of “two-dimensional hydraulic technology”, The constant differential pressure function and flow regulation function are integrated into a two-dimensional (2D) main spool with two degrees of freedom (rotational and axial degrees of freedom). The flow control process of 2D3WFFCSV is as follows: firstly, the armature of the torque motor and the two-dimensional piston are coaxially installed at the end of the two-dimensional piston, so the torque motor can directly drive the two-dimensional piston to rotate; secondly the “hydraulic servo screw mechanism”, which can amplify the power, is used to drive the two-dimensional piston to move in line; Finally, a pair of conversion mechanisms (roller group and spiral track conversion mechanism) are converted into the angular displacement of 2D main spool to control the area of flow valve port. The axial degree of freedom of 2D main spool realizes the function of constant differential pressure. To improve the flow control accuracy of the servo valve, the axial position of the 2D piston is detected by the linear displacement sensor (LVDT), and the signal is transmitted to the controller to realize the closed-loop control. To explore its open-loop characteristics, the mathematical models of torque motor, two-dimensional piston and main spool are established to obtain its open-loop transfer function. Then the AMESIM simulation model is built. To optimize the design of the system, through the dynamic simulation of the system, the influence of key parameters on the dynamic response of the system can be studied. An experimental study is carried out to verify the design feasibility of the servo valve. The experimental results show that under the condition of no-load and full-scale input, the closed-loop delay of the servo valve is 1.84%, the linearity is 2.14%, the step response time is 43 ms, and the dynamic frequency response is 38 Hz. The newly developed 2D3WFFCSV has the advantages of high integration, small size, light weight (801.5 g) and high response and control accuracy. It can replace the constant differential pressure, metering valve and hydraulic servo valve in the aeroengine fuel regulator.     

射流管三级电液伺服阀建模与动态特性仿真研究

叙述了射流管式三级电液伺服阀的结构及其工作原理,针对其结构建立了数学模型,并加入PD校正环节,导入MATLAB软件进行仿真,获得其阶跃响应曲线和开环伯德图。通过时域和频域分析表明,加入PD校正环节,使得系统局部相位超前,增加了系统的幅值裕度和相位裕度,因此其可大幅缩短三级阀的调整时间并增强其稳定性,同时反馈杆刚度和功率级滑阀阀芯面积对三级阀的动态响应有很大影响。通过有限元分析了圆形截面和矩形截面的反馈杆刚度,结果表明,在等面积时,由于矩形截面惯性矩大于圆形截面惯性矩,在相同的力作用下,矩形截面的反馈杆的位移较小,因此其反馈杆刚度较大,可提高先导级阀的动态反馈性能,从而更有利于三级阀的动态响应。     

有源先导级控制的电液比例流量阀特性研究

针对现有技术采用压差补偿器或插装式流量传感器控制流量,会降低阀的通流能力,增加系统的功率损失和发热;大流量场合只能通过阀开口面积间接控制流量,受负载变化影响控制精度低;低工作压力范围可控性差、动态响应慢;大通径采用三级结构,构造复杂等问题,提出用小功率伺服电动机驱动小排量液压泵/马达(有源)、结合液压晶体管(Valvistor),构造新的低能耗、高可控的电液比例流量阀。该方法可扩大阀的流量控制范围,提高阀在低压时的动态响应。建立阀的静态数学模型,分析获得影响阀负载流量特性最主要的因素是反馈节流槽预开口量大小;进一步建立阀的动态数学模型,获得主阀芯稳定条件。根据阀的结构组成,建立阀的仿真模型,仿真分析主阀各参数对主阀性能的影响。结果表明,反馈节流槽预开口量越小,主阀负载流量特性越好;主阀口压降越大,主阀芯响应越快;但由动态数学模型可知主阀口压降太大且先导流量较小时,阀的稳定性也会降低。研究也表明,在保证主阀良好的动态特性前提下,可通过使先导泵/马达转速随负载压力变化,实现对阀的流量补偿,从而改善阀的负载流量特性。     

电液伺服系统位置-压力主从控制方法研究

基于主从控制理论提出一种新的阀控缸电液系统位置和压力主从控制方法。建立阀控缸系统位置传递函数后,将液压缸两腔的压力动态变化信号应用位置-压力转换公式转换为位置信号,再将转换的位置信号叠加到电液伺服系统的主位置闭环内,以实现阀控缸系统位置和压力的主从控制。通过在MATLAB/Simulink中搭建的仿真模型,仿真分析该方法的控制效果,结果表明该控制方法正确可行。通过分析现场样机矫直钢板时液压缸的位置和压力信号,证明电液伺服系统位置-压力主从控制方法可以实现位置、压力不同变量的在线主从控制,提高了系统的响应速度和控制精度,为其他电液伺服系统的设计研究提供理论基础。     

液压驱动单元力控系统建模及其性能影响因素研究

以四足机器人关节驱动器 液压驱动单元为研究对象,依据液压驱动单元的结构组成原理,采用机理建模的方法,建立其力控系统数学模型,该模型包含了基于辨识得到的伺服阀三阶传递函数、伺服阀的压力 流量非线性环节、伺服缸两腔容积变化因素等。建立液压驱动单元力控系统框图,并利用MATLAB/Simulink平台建立其仿真模型,采用实验测试与仿真分析相结合的方法,研究不同工作参数和不同给定信号下的液压驱动单元力控性能。研究结果表明：比例增益、供油压力、力阶跃量及正弦频率等参数均会对液压驱动单元的力控性能产生影响,该研究工作对四足机器人各关节高性能的力控方法研究提供了理论和实验基础。     

基于仿真离散数据的偏转板射流式伺服阀液动力计算方法研究

基于偏转射流式伺服阀工作机理,提出关于其动态特性分析及前置级液动力计算检测的问题。建立关于力矩马达、射流盘前置级以及功率滑阀三部分的完整伺服阀动态模型,确定前置级液动力的近似公式,并对整阀特性进行频率分析,验证了数学模型的正确性;建立伺服阀前置级内部的二维流场模型,并基于流场仿真所获得的离散数据,给出两种可用于计算稳态液动力的方法,即动量定理法和压差法,通过计算某型伺服阀的液动力,验证上述两种方法能够相互印证;设计并实现了一种双自由度的液动力测试平台,实现了对液动力的间接测试。结果表明,采用动量定理法和压差法计算得到的液动力值,与其近似计算公式以及试验结果一致,证明了提出的液动力计算方法与测试系统均具有可行性,为此类伺服阀的改进与优化提供了技术支撑。     

双喷嘴挡板伺服阀非线性建模及其线性化

为从理论上研究喷嘴挡板伺服阀控电液伺服系统的动静态性能,需要建立较精确的电液伺服阀数学模型。考虑伺服阀喷嘴挡板处阀口流动等非线性因素影响,分析电液伺服阀的电信号输入到阀芯位移的输出特性,建立双喷嘴挡板两级伺服阀的非线性数学模型以描绘实际系统;根据实际模型特点,采用输入/输出线性化方法中的非线性状态反馈变换获得局部线性化模型,并通过分析系统零动态稳定性,从理论上证明了线性化模型的有效性。以常规泰勒展开线性化为对象,对提出的输入/输出线性化模型的精确性进行相应的仿真和实际试验对比。结果表明,该方法所建模型更接近实际系统,具有较强的鲁棒性,可用于精确分析实现阀控液压伺服系统的动静态性能。     

2D阀控电液激振器的优化设计和实验研究

为了进一步提高电液激振器的激振频率和控制精度,并降低其加工和安装难度,提出了2D高频激振阀的新结构和控制方法。通过增加2D阀阀芯沟槽与阀套窗口的沟通次数,改进与无刷直流伺服电机连接的高速齿轮箱传动机构,设计混合式直线步进电机与堵头连接以控制阀芯轴向位移,实现了对2D高频激振阀的结构优化。经理论以及实验研究表明：新型2D高频激振阀的结构简单,控制精度高,激振频率最高可达3000Hz。