高压气动溢流先导式减压阀动态特性仿真及优化研究

发布时间：2017-06-22 09:03

  本文关键词：高压气动溢流先导式减压阀动态特性仿真及优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：以高压气体作为介质的高压气动系统,具有功率密度高、瞬间膨胀性大等特点而广泛应用于航空航天、天然气工业等领域。高压自力先导式减压阀作为高压气动系统的关键部件之一,其结构复杂、控制难度高,传统的样机试验、静态公式计算、经验优化等设计方法难于满足用户对高压自力先导式减压阀工作稳定、响应迅速的运行要求；尤其在高压变工况下,减压阀工作稳定性问题更加突出,极易造成阀及管路系统振动或阀后用户处的瞬时高压,产生严重的安全隐患。为有效应对高压变工况下的不稳定性问题,研发了高压溢流先导式减压阀结构,并对其动态特性开展了理论分析、Simulink仿真及遗传优化的研究工作,为高压气动自力先导式减压阀的系列化设计及阀管路稳定性的提供技术理论支持： (1)运用理论技术与CFD软件模拟相结合的分析方法,得出在高压工况下,溢流先导式减压阀的主阀、导阀选用平衡阀芯式结构,导阀加入溢流孔结构及导阀内设置均流罩的结构设计使动态过程具有超调量小、调压精度高、反应迅速、稳定性好等优点；模拟计算出主阀、导阀及溢流孔阀口有效流量系数,为高压先导式减压阀系统动态分析所需参数的确定提供依据； (2)通过考虑介质的不同流动状态、阀口的结构形式及各部件的受力情况,基于热力学定理、质量守恒定律、.动量定理等理论,建立高压自力先导式减压阀动态系统数学微分方程,为Matlab/Simulink软件建立动态仿真系统方块图奠定数学理论基础； (3)借助Matlab/Simulink动态仿真软件,建立高压自力先导式减压阀仿真方块图,采用非线性求解器ode23s,分析了各个工艺结构参数对进口压力20MPa、出口压力8MPa变工况下高压气动溢流先导式减压阀的动态响应影响,从而找出对阀后压力较大影响的主要参数,为系统动态特性优化确定了待优化的参数变量； (4)将遗传算法理论应用到高压自力先导式减压阀动态特性优化中,利用不同优化准则创建不同目标函数,再通过设定待优化变量的优化区间及遗传算法参数,对原有结构的高压溢流先导式减压阀进行了动态性能优化,优化结果表明：基于Adaptive feasible的ITAE准则创建的目标函数是较适合于高压先导式减压阀动态系统优化的目标函数及遗传算法参数。
【关键词】：先导式减压阀 高压自力式减压阀 Simulink 动态特性 优化 遗传算法
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH138.52
【目录】：

• 目录5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 插图索引10-12
• 附表索引12-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.1.1 研究背景13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 减压阀动态特性的国内外研究现状14-16
• 1.2.1 国内研究现状14-15
• 1.2.2 国外研究现状15-16
• 1.3 减压阀的类型及工作原理16-21
• 1.3.1 以受力方式分类16-18
• 1.3.2 以动作原理分类18-20
• 1.3.3 本文所研究的高压溢流先导式减压阀20-21
• 1.4 减压阀运行不稳定的原因分析21
• 1.5 本文研究的主要内容21-22
• 1.6 本章小结22-24
• 第2章 高压溢流先导式减压阀结构选型依据及阀口流量系数的数值模拟24-34
• 2.1 高压先导式减压阀主导阀阀芯结构选型的理论依据24-27
• 2.1.1 非平衡阀芯式减压阀24-26
• 2.1.2 平衡阀芯式减压阀26-27
• 2.2 高压工况下先导阀溢流孔的设计依据27-28
• 2.3 高压工况下均流罩对先导阀内部流场影响的数值模拟28-31
• 2.3.1 先导阀流道建模与网格划分29
• 2.3.2 先导阀内部流场分析29-31
• 2.4 主导阀及溢流孔阀口流量系数的数值模拟31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 高压溢流先导式减压阀数学模型的建立34-44
• 3.1 数学模型建立的基本假设34
• 3.2 数学微分方程建立的理论基础34-37
• 3.2.1 质量微分方程的建立35
• 3.2.2 压力微分方程的建立35-36
• 3.2.3 节流口质量流量方程的建立36-37
• 3.2.4 机械系统运动微分方程的建立37
• 3.3 高压溢流先导式减压阀动态系统数学模型的建立37-43
• 3.3.1 各个腔体间的质量流量方程38-41
• 3.3.2 主导阀力平衡微分方程41-42
• 3.3.3 高压溢流先导式减压阀各腔内压力微分方程42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 高压气动溢流先导式减压阀动态特性仿真44-60
• 4.1 Matlab/Simulink软件简介44
• 4.2 Simulink仿真过程44-45
• 4.3 Simulink动态系统方块图的建立45-48
• 4.4 求解器的设定48
• 4.5 先导式减压阀的结构参数对系统动态特性的影响48-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 高压气动溢流先导式减压阀动态特性的优化60-70
• 5.1 遗传算法及其基本思想60-61
• 5.2 目标函数的创建61-62
• 5.3 适应度函数的设计62-63
• 5.4 遗传算法参数的设定63-65
• 5.4.1 待优化变量参数及其可行域的选取63
• 5.4.2 遗传算子的设定63-64
• 5.4.3 遗传优化前后对比64-65
• 5.5 不同遗传算法参数设定的影响65-66
• 5.6 不同目标函数准则对先导式减压阀系统动态特性优化的影响66-68
• 5.7 本章小结68-70
• 总结与展望70-72
• 参考文献72-77
• 致谢77-78
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文78-79
• 附录B 各腔压力S函数模块程序79-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 陈汉超;气动舵机高压减压阀的分析与设计[J];北京理工大学学报;1989年02期

2 陈晓琴;;减压阀充填过程动态特性仿真[J];导弹与航天运载技术;2006年05期

3 赖林;李清廉;郑丽;周进;;大流量气体减压器振动问题研究[J];国防科技大学学报;2009年02期

4 文学栋;贺国;徐百汇;;船用柴油机减压阀静态特性建模及仿真[J];上海交通大学学报;2011年04期

5 张钊;周成;周华;;超高压大流量直动式气动减压阀的性能研究[J];液压与气动;2010年06期

6 王宣银,陈奕泽,刘荣,梁冬泰;超高压气动比例减压阀的设计与仿真研究[J];浙江大学学报(工学版);2005年05期

7 杨钢;郭浩;李宝仁;;新型高压气动比例控制阀动态性能的仿真研究[J];中国机械工程;2007年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李晓明;一种新型混合优化算法及其在优化油田开发中的应用[D];西南石油学院;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 张利成;气动减压阀流量特性的仿真研究[D];大连海事大学;2011年

2 梁保升;油藏经营管理优化决策方法研究[D];西南石油学院;2003年

3 沈涌滨;火箭气体减压器建模及动态特性仿真研究[D];国防科学技术大学;2004年

4 郭翠霞;先导膜片式气动减压阀激振因素的理论分析及试验研究[D];南京理工大学;2006年

5 张波;动态参数调整遗传模糊优化算法及在机器人轨迹控制中的应用[D];湖南大学;2008年

6 赵红江;稳压元件对气缸高速运动平稳性的影响研究[D];南京理工大学;2008年

7 沈娆洁;高压卸荷溢流水阀的建模及性能优化研究[D];上海交通大学;2007年

8 李确;高压先导轴流式天然气减压阀建模仿真与性能优化研究[D];兰州理工大学;2012年

  本文关键词：高压气动溢流先导式减压阀动态特性仿真及优化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：471280