雙噴嘴擋板伺服閥流固耦合特性分析及振動抑制.pdf

1、電液伺服系統(tǒng)以傳遞功率大、響應速度快、控制精度高等特點，在航空、航天、船舶等國防工業(yè)領域占有舉足輕重的地位。作為電液伺服控制系統(tǒng)中的核心部件，精密電液伺服閥機械結構復雜、精密度高，其自身穩(wěn)定性、可靠性和快速性很大程度上決定了電液伺服系統(tǒng)的控制性能，甚至影響到航空航天飛行任務的成敗。當進行啟閉控制動作時，電液伺服系統(tǒng)內(nèi)部流體激振常常產(chǎn)生自激現(xiàn)象，導致力矩馬達及活塞產(chǎn)生較大的振動幅值，嚴重影響其正常工作特性甚至使用壽命。本文以某型航天用精密

2、雙噴嘴擋板電液伺服閥為研究對象，對電液伺服閥的流固耦合振動特性、誘發(fā)機理以及對整個系統(tǒng)控制的影響規(guī)律進行深入研究，以便構造合理的基礎模型，進一步完善電液伺服閥基礎理論體系，最后獲取相應的控制措施來減小或抑制耦合振動。
　　本文首先闡述本課題的研究背景，總結了國內(nèi)外學者在流固耦合振動特性、研究方法、電液伺服系統(tǒng)振動的研究概況以及振動控制等方面的研究成果，分析并提出了流固耦合振動分析及控制中的關鍵問題，明確本文的研究方向、目的及意義，

3、最后確定本文研究的技術路線。
　　根據(jù)閥控電液伺服控制系統(tǒng)的基本工作原理，對電液伺服閥的靜動態(tài)特性進行了深入分析，建立了雙噴嘴擋板伺服閥的非線性數(shù)學模型，同時根據(jù)非線性微分控制理論，通過非線性狀態(tài)反饋變換，將系統(tǒng)進行輸入/輸出線性化，并在此基礎上對系統(tǒng)的零動態(tài)穩(wěn)定性進行了深入分析。相較于基于工作點的基礎增量線性化方法而言，所建的線性化數(shù)學模型將為分析流固耦合振動現(xiàn)象以及振動控制提供理論基礎，新模型將更接近實際控制系統(tǒng)。
　　

4、伺服閥自激是由系統(tǒng)的非恒定流動引起，是流動參數(shù)階躍變化時的動態(tài)過渡過程。電液伺服閥以噴嘴擋板為前置級驅(qū)動結構，其內(nèi)部噴嘴射流流動速度快、剪切流動強、析出氣穴多，流體激振引起的耦合振動往往造成伺服閥工作中產(chǎn)生高頻嘯叫。在本文中，結合流體力學的基本理論，以非線性電液伺服閥模型為基礎，建立了噴嘴擋板間射流流場模型。同時通過現(xiàn)場試驗，獲取電液伺服閥射流流場的真實流動參數(shù)，最終給出前置級射流壓力脈動、結構參數(shù)與高頻自激振動三者之間的內(nèi)在聯(lián)系。

5、r>　　伺服閥滑閥副組件作為伺服閥二級放大結構，流體通過閥口高速流入相對緩慢的閥腔流場中，形成具有較大速度梯度的自由剪切層，剪切分離處的微小擾動在傳播過程中受剪切層不穩(wěn)定性影響形成放大，并遞經(jīng)上下游壁反射誘發(fā)新的擾動，形成自激振動。本文采用流體振蕩理論及流體行為方程數(shù)值方法，將流經(jīng)管道的流體作為非線性參數(shù)系統(tǒng)，計算出各處的閥或者執(zhí)行元件，當作流體運動的邊界條件，計算了穩(wěn)定界限，獲得了方程組的精確解，最后基于其結構特點和工作特性的分析，提

6、出了一種流固耦合半解析式數(shù)學模型。
　　為了深入研究液壓系統(tǒng)的運動狀態(tài)和各項參數(shù)的分布規(guī)律，根據(jù)液壓系統(tǒng)運動的實際情況和運動過程，以一維流體瞬變理論為基礎，考慮油液壓縮性對油液動量的改變，采用特征線分析方法，利用有限差分格式，對伺服閥控液壓管路關機水擊的進行數(shù)值分析，同時通過實驗研究獲取其管路動態(tài)特性，結果分析表明，該動態(tài)模型可以較好的描述管路系統(tǒng)的瞬變特性。
　　最后通過研發(fā)電液伺服自激特性研究試驗臺，對其靜動態(tài)以及流固耦