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新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究

黄勇  
【摘要】: 电液比例阀是实现电液比例控制技术的关键控制器件。由于其较好的控制精度和稳定性,电液比例阀已开始逐渐代替传统控制阀。 电液比例压力控制阀是电液比例阀中的一种,其功用是对液压系统中的油液压力进行比例控制,进而实现对执行器输出力或输出转矩的比例控制。论文在参照国内外成熟产品的基础上,运用现代设计方法和分析手段设计了一种新型比例压力阀的结构。首先,设计了十几种阀芯和阀腔的几何结构,根据计算流体力学的理论,对每一种阀的流道建立数学模型。其次,借助商业软件ANSYS/FLOTRAN和CFX求解流道中的速度、压力数值解,根据求解的数据,分析出阀内流道的几何形状对流场的影响。最后,根据所得结论优化出一种新型的阀芯和阀腔结构。 在比例压力阀的控制电路设计中,以单片机控制系统、数字PID算法和PWM (脉冲宽度调制)技术为研究对象。根据电液比例阀的控制要求,编制了系统控制程序,设计了单片机控制系统的电路和功率放大电路,使控制电路的精度和可靠性大大提高。 将阀的工作状态抽象成数学模型是研究现代液压系统的主要方法。论文运用运动学和动力学理论,建立了所设计的电液比例压力阀的稳态和动态数学模型,得到了系统的传递函数。另外,求解系统模型中的参数成为一个重要问题,论文中同样以计算流体力学为理论依据,通过有限元等数值方法,计算出流量系数等重要参数。为了研究阀的稳态、动态特性,将传递函数转换为MATLAB/SIMULINK软件包的方框图模型,利用计算机仿真技术得到阀的阶跃输入响应。然后,研究了不同结构对阀稳态与动态特性的影响,为进一步优化阀的结构提供了理论上的参考依据。


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