双喷嘴挡板伺服阀动态参数寻优及仿真研究

发布时间：2017-04-27 13:08

  本文关键词：双喷嘴挡板伺服阀动态参数寻优及仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电液伺服阀通过液压技术、自动控制技术与高端制造技术优点的全面结合,实现电、液信号的转换和精确控制,是机、电、液一体化的集成之作。它是电液伺服控制系统中的核心元件,其性能直接影响和决定了整个控制系统的性能。双喷嘴挡板伺服阀因其响应速度快、线性好、死区小、结构紧凑、整阀性能可计算及预测等优点,具有很好的静态、动态特性,在工业领域使用最为广泛。 为了获得更好的快速性和稳定性的性能,有必要对伺服阀进行优化,从而满足工程应用中越来越高的控制要求。这为伺服阀的优化设计提供了参考和依据,并具有一定的工程实用性。 以国产某型双喷嘴挡板伺服阀为研究对象,首先从阀的工作原理介绍着手,详细推导出阀的各个子环节的数学方程,得出双喷嘴挡板阀的数学模型和总的传递函数。为了便于分析阀的具有实际工程意义的动态参数,对伺服阀的总传递函数进行了简化。 确定了6个动态参数为待寻优参数,根据快速性和稳定性的优化目标,建立了伺服阀动态参数优化模型。优化模型运用混沌粒子群优化算法,对阀的动态参数进行寻优,最终得出一组最优解。通过对寻优前后数据的Matlab仿真对比分析得出：经过寻优后,伺服阀的稳定性和快速性两方面的性能都得到了提升,验证了优化模型和优化方法的有效性。依据优化参数对伺服阀内部结构参数和零件具体尺寸进行修改,改善阀的性能,具有良好的工程应用价值。 通过Matlab中Simulink仿真软件搭建了对伺服阀的仿真平台。基于对伺服阀的仿真平台,对阀的综合动态参数实施了仿真研究。分析了4个综合动态参数Ksv、ωmf、Kvf、ζmf对伺服阀的动态性能的影响关系,得出了几点结论： (1)提高伺服阀的流量增益Ksv,改善了闭环系统的响应速度。适当降低反馈杆刚度Kf,可改善了伺服阀的动态性能并提高了系统的稳定性。 (2)在保证一定的稳定裕量的前提条件下,通过增大Kvf来改善系统的动态特性性能是行之有效的方法。 (3)增加固有频率ωmf后,系统的动态性能和稳态性能均得到改善。 (4)设定理想的阻尼比,可增强整个系统的稳定性,获得满意的动态性能。 (5)提高阀的动态性能,以某个综合动态参数为优化目标,需同时对其它综合动态参数加以约束或限定,减小或限制其它参数对整阀性能的影响。
【关键词】：双喷嘴挡板伺服阀 混沌粒子群算法 参数寻优 仿真研究
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137.52
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 国内外伺服阀制造厂商研发现状9-10
• 1.3 电液伺服阀的发展趋势10-11
• 1.4 电液伺服阀优化目标11-13
• 1.5 优化设计的方法13-14
• 1.6 双喷嘴挡板阀的研究意义14-15
• 1.7 本文研究内容15-17
• 第二章 双喷嘴挡板阀的数学模型17-37
• 2.1 引言17
• 2.2 双喷嘴挡板伺服阀的结构与工作原理17-19
• 2.3 喷嘴挡板伺服阀的数学模型19-35
• 2.3.1 力矩马达传递函数19-27
• 2.3.1.1 力矩马达结构及磁路原理19-21
• 2.3.1.2 力矩马达的电磁力矩方程21-22
• 2.3.1.3 力矩马达的电压平衡方程22-24
• 2.3.1.4 衔铁组件的运动方程24
• 2.3.1.5 喷嘴挡板液动力产生的负载力矩24-26
• 2.3.1.6 挡板约束产生的负载力矩26
• 2.3.1.7 衔铁挡板的运动平衡方程26
• 2.3.1.8 力矩马达的方框图26-27
• 2.3.2 双喷嘴挡板阀的流量方程27-33
• 2.3.2.1 滑阀的流量方程27-29
• 2.3.2.2 阀控缸连续性方程29-30
• 2.3.2.3 滑阀的力平衡方程30-32
• 2.3.2.4 功率级滑阀的传递函数32-33
• 2.3.3 阀控缸的传递函数33-34
• 2.3.4 喷嘴挡板阀的压力反馈34-35
• 2.4 伺服阀方框图与总传递函数35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 双喷嘴挡板伺服阀的动态参数寻优37-61
• 3.1 伺服阀的设计参数确定37-42
• 3.1.1 滑阀主要参数的确定37-38
• 3.1.2 喷嘴挡板的设计参数确定38-40
• 3.1.3 力矩马达主要参数的确定40-42
• 3.2 优化模型的确定42-45
• 3.2.1 动态参数43
• 3.2.2 目标函数43-44
• 3.2.3 约束条件44-45
• 3.3 混沌粒子群算法的原理介绍45-50
• 3.3.1 基本粒子群算法46-48
• 3.3.2 改良型粒子群算法48
• 3.3.3 混沌粒子群算法中心思想48-50
• 3.3.4 混沌粒子群算法流程50
• 3.4 动态参数寻优50-54
• 3.5 混沌粒子群算法优化效果54-57
• 3.6 寻优结果及仿真分析57-58
• 3.7 优化参数的具体实现58-60
• 3.8 本章小结60-61
• 第四章 伺服阀综合动态参数仿真研究61-73
• 4.1 液压系统仿真技术介绍61-62
• 4.2 基于MATLAB/Simulink的仿真平台62-64
• 4.3 伺服阀综合动态参数的确定64-65
• 4.4 伺服阀的流量增益K_(sv)65-66
• 4.5 开环增益系数K_(vf)66-69
• 4.6 力矩马达的固有频率ω_(mf)69-70
• 4.7 力矩马达的机械阻尼比ξ_(mf)70-71
• 4.8 综合动态参数之间的相互影响71-72
• 4.9 本章小结72-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 总结73-74
• 5.2 展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文80-81
• 详细摘要81-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：330663