回轉(zhuǎn)直動式電液伺服閥關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、電液伺服控制系統(tǒng)以其功率一重量比大，系統(tǒng)響應(yīng)快，負載剛性大，控制精度高的特點，廣泛應(yīng)用于冶金，礦山，船舶，工程機械，航空航天等工業(yè)控制領(lǐng)域。電液伺服閥作為電液伺服控制系統(tǒng)的核心元件，可將小功率的電信號輸入精確快速的轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能輸出，其性能好壞直接影響伺服系統(tǒng)的特性及功能實現(xiàn)?；剞D(zhuǎn)直動式電液伺服閥因其具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、響應(yīng)快、流量分辨率高、無加速度零飄、抗污染能力強及維護方便的性能特點，已成為流體傳動及控制領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向和

2、研究熱點。提高電液伺服轉(zhuǎn)閥的工作性能，能夠提升電液伺服控制系統(tǒng)的控制特性，有助于滿足日益增加的市場需求，進而推動流體傳動及控制技術(shù)的進步。 論文以回轉(zhuǎn)直動式電液伺服閥的關(guān)鍵技術(shù)為研究對象，采用理論分析、解析計算、數(shù)值仿真和實驗研究相結(jié)合的方法，對電液伺服轉(zhuǎn)閥關(guān)鍵技術(shù)進行了系統(tǒng)、深入的分析和研究。提出了耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵的新結(jié)構(gòu)，電磁鐵采用永磁勵磁方式，具有環(huán)形工作氣隙以及動磁式轉(zhuǎn)子，偏置磁通與控制磁通相互作用，以差動方式工

3、作；通過磁路分析和有限元仿真，闡述了電磁鐵結(jié)構(gòu)參數(shù)的作用機理及具體匹配關(guān)系，實驗結(jié)果表明該電磁鐵具有正磁彈簧剛度，最大輸出轉(zhuǎn)矩為±0.65Nm，±5°時的轉(zhuǎn)矩非線性和轉(zhuǎn)角非線性分別小于1％和0.5％，轉(zhuǎn)矩滯環(huán)和轉(zhuǎn)角滯環(huán)分別小于4.5％和4％，工作帶寬約為190Hz。為提高電液伺服轉(zhuǎn)閥的控制精度，論文提出了耐高壓電渦流角度傳感器的新結(jié)構(gòu)和具體實現(xiàn)方案，傳感器具有整體設(shè)計的導(dǎo)套和環(huán)形工作氣隙，通過斜環(huán)狀感應(yīng)線圈配合半圓柱轉(zhuǎn)子工作，使感應(yīng)線圈

4、阻抗和輸出電壓與轉(zhuǎn)子角位移成比例；分析了傳感器溫漂的成因，提出了電渦流角度傳感器無感線圈全橋回路溫度補償方法和新型差動電渦流式角度傳感器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了傳感器溫漂的有效抑制；仿真和實驗結(jié)果表明該傳感器工作行程約為50°，線性段電感靈敏度為7.7×10-4mH/degree，電壓靈敏度為9.8mV/°，40°-70°時的非線性誤差小于0.8％，30℃-90℃溫度范圍內(nèi)的傳感器輸出溫漂由20％降至1％。結(jié)合耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵和耐高壓電渦流

5、角度傳感器，提出了不帶角度反饋和帶角度反饋兩種形式的回轉(zhuǎn)直動式電液伺服閥的結(jié)構(gòu)方案，對其靜、動態(tài)特性進行了仿真研究，闡述了結(jié)構(gòu)參數(shù)和角度反饋對轉(zhuǎn)閥工作特性的影響。 有關(guān)各章內(nèi)容分述如下： 第一章從電—機械轉(zhuǎn)換器，角度傳感器和功率級液壓組件的角度出發(fā)，探討了回轉(zhuǎn)直動式電液伺服閥關(guān)鍵技術(shù)的研究進展，分析總結(jié)了回轉(zhuǎn)式電液伺服閥關(guān)鍵元件及轉(zhuǎn)閥整體的結(jié)構(gòu)特點和發(fā)展趨勢。 第二章對雙向回轉(zhuǎn)式電—機械轉(zhuǎn)換器進行了結(jié)構(gòu)分類，基于

6、磁路原理建立了不同種類力矩馬達的磁路模型，得出了電磁鐵靜態(tài)特性的解析方程式，對比分析了力矩馬達的工作特點，歸納總結(jié)了勵磁類型，氣隙形狀，轉(zhuǎn)子種類和極面類型等結(jié)構(gòu)要素對馬達工作特性的影響；在此基礎(chǔ)上提出了新型耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵的結(jié)構(gòu)，分析了其工作原理；并就其關(guān)鍵技術(shù)如耐高壓結(jié)構(gòu)設(shè)計，永磁材料分析和選型，軟磁材料的對比選擇，以及勵磁線圈設(shè)計和負載彈簧選擇進行了詳細探討。 第三章建立了耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵的磁路分析模型，得出

7、了電磁鐵的靜、動態(tài)解析方程，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁鐵靜、動態(tài)特性的影響；建立了電磁鐵的有限元數(shù)值分析模型，通過仿真詳細闡述了電磁鐵結(jié)構(gòu)參數(shù)的作用機理，結(jié)合磁路分析結(jié)果明確了電磁鐵的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)，指出了電磁鐵的工作特點；搭建了測試平臺，實測了電磁鐵的靜、動態(tài)工作特性，并與仿真結(jié)果作了對比；介紹了電磁鐵的功率驅(qū)動電路，對設(shè)計的PWM式雙路反接卸荷式功率放大器的工作原理和特點進行了重點闡述。 第四章對不同種類耐高壓角度傳感器的結(jié)構(gòu)及性能

8、特點進行了比較分析，歸納了感應(yīng)線圈勵磁方式，耐壓導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，工作氣隙類型，轉(zhuǎn)子形狀等結(jié)構(gòu)要素對傳感器工作特性的影響；在此基礎(chǔ)上提出了新型耐高壓電渦流角度傳感器的結(jié)構(gòu)，分析了其結(jié)構(gòu)特點和工作原理；并就其關(guān)鍵技術(shù)如耐壓導(dǎo)套材料選擇以及驅(qū)動電路設(shè)計進行了詳細論述。 第五章建立了耐高壓電渦流角度傳感器的等效電路模型和有限元分析模型，通過仿真詳細闡述了傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的作用機理，分析了參數(shù)變化對傳感器工作特性的影響，在此基礎(chǔ)上確定了電渦流角度

9、傳感器的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)；討論了傳感器產(chǎn)生溫漂的原因，介紹了無感線圈全橋回路溫度補償方法和新型差動電渦流式角度傳感器結(jié)構(gòu)；搭建了測試平臺，實測了傳感器的電感特性，全橋輸出特性和溫漂。 第六章結(jié)合耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵和耐高壓電渦流角度傳感器，提出了不帶角度反饋和帶角度反饋兩種結(jié)構(gòu)形式的回轉(zhuǎn)直動式電液伺服閥，對其工作原理和性能特點進行了分析；建立了轉(zhuǎn)閥的傳遞函數(shù)式，采用MATLAB構(gòu)建了數(shù)值仿真模型，對轉(zhuǎn)閥的靜、動態(tài)特性進行了仿真研