基于超磁致伸缩致动器的高速数字开关阀的参数设计及其特性研究

发布时间：2020-06-18 03:44

【摘要】： 随着技术的不断进步，流体控制技术和计算机控制技术也在飞速发展。特别是近几年，由于微型计算机技术的发展和提高，特别是价格低廉的各种单片机或微控制器的广泛应用，为液压系统的数字化提供了必要的条件，数字技术已应用于液压控制工程的诸多方面，使得液压元件的机电一体化技术逐步成熟。本文主要研究液压阀的直接数字化控制技术，即高速数字开关阀的相关技术。高速数字开关阀是20世纪80年代提出的一种与计算机数字I／O可以直接接口的液压元件，与现有的以开口度(液阻)对系统进行调控的传统液压阀相比，这种液压元件具有响应速度快、结构简单、抗污染能力强等特点。这种液压阀是通过PWM信号产生控制功能，通过控制脉冲频率或脉冲宽度，对液压阀的流量进行连续的控制。由于这种阀门与微控制器不再需要A／D转换接口，大大简化了复杂的接口电路，因此高速数字开关阀是一种非常有前途的数字阀，发展这种数字元件将是工业现代化的必然选择。高速数字开关阀一般由脉宽调制器、超磁致伸缩致动器、位移杠杆放大机构以及圆柱滑阀组成。为形成波动小的连续液流，必须提高这种阀门开关频率。因此进一步提高高速数字开关阀的响应频率，降低其响应时间，改善其性能，是开关阀实用化的关键所在。本文从致动器的方面考虑，通过比较，稀土超磁致伸缩致动器比传统致动器(电磁式、压电式、步进电机式)具有高频响的突出优点。在综述现有文献成果的基础上，本文中对稀土超磁致伸缩致动器应用于高速数字开关阀的相关问题做了进一步的研究。文章首先从高速数字开关阀的理论出发，详细地研究和分析其结构、工作原理等，并根据其电磁特性和机械特性，建立了数学模型，然后将数学模型线性化并转化为传递函数方框图；进而转化为仿真模型，结合MATLAB WITH SIMULINK仿真工具，进行数字仿真，生成动、静态仿真曲线图。在此基础上，研究和分析了各种参数(脉宽占空比、线圈匝数、位移放大倍数、频率等)对高速数字开关阀的影响，得出规律，然后利用ITAE准则(即时间乘绝对误差积分准则)优化方法，对高速数字开关阀的模型进行参数优化，得到最优参数。本文由于实验条件所限，仅在仿真结果基础上(包括静态性能和动态性能等)，说明了通过合理改变位移放大倍数和线圈匝数能明显提高高速数字开关阀的性能。上述一系列的理论研究和仿真分析，为最后研制和开发新型高速数字开关阀打下了坚实的基础。该课题研究的目标是促进液压控制技术的发展，使流体控制技术与计算机控制技术更好地结合，以适应机电一体化的技术发展趋势。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH134
【图文】：

原理图,薄膜式,原理,注入阀

图3.3薄膜式超磁致伸缩执行器原理 F193.3PrineiPleofthePellieularGiantMagnetostrietiveactoator如图3.3所示，这类执行器主要采用一些传统的半导体工艺，在非磁性基片的上、下表面分别镀上具有正、负磁致伸缩特性的薄膜材料，当外加磁场变化时，薄膜会产生变形，从而带动基片偏转和弯曲以达到驱动目的。与通常的超磁致伸缩执行器相比，薄膜型超磁致伸缩微执行器成本较低，并且由于薄膜中的二维磁弹性相互作用又使其具有一些新的功能，这对于超磁致伸缩材料的实际应用具有重要意义。3.2.2超磁致伸缩执行器在流体控制系统中的应用实例137]3.2.2.1燃料注入阀瑞典一家公司将Terfenol一D用于燃料注入阀，并申请了专利。如图 3.4，它的原理是通过控制驱动线圈的电流

原理图,超磁致伸缩,流体驱动,大活塞

图3.4超磁致伸缩燃料喷射阀F193.4GMMfuelinjeetionValve超磁致伸缩直动式伺服阀的结构紧凑，出流量达ZL/min，频宽可达650Hz。3db)。图3.5超磁致伸缩直动式伺服阀F193.5GMMdireetservovalve精度高，响应速度比电液伺服阀快，其最2.3流体驱动活塞[37]图3.6是超磁致伸缩流体驱动活塞的原理图。当线圈通电后，超磁致伸缩棒伸长，而推动大活塞运动，由流体力学中的帕斯卡定律，超磁致伸缩棒的伸长量被放大，倍数等于大活塞面积与小活塞面积的比值。反之，如果超磁致伸缩棒推动小活塞，输出的力将被缩小。流体驱动活塞

【参考文献】