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2D伺服阀数字控制的关键技术的研究

李胜  
【摘要】:电液伺服系统具有功率重量大、动态响应速度快、抗负载刚度大等优点,广泛应用于航空航天、船舶、装备制造等领域。在电液伺服系统中,电液伺服阀起着机电信号转换以及功率放大作用,在很大程度上对整个系统的性能起到决定性作用。电液伺服阀的发展始终贯穿着电液控制技术整个发展历程,高性能电液伺服阀始终是流体控制领域发展的一大课题。随着信息技术、计算技术以及微电子技术的发展,电液伺服阀数字控制成为必然的发展趋势。电液伺服阀的数字控制一方面提高了整个系统的控制品质和管理水平,另一方面为本身的性能的提高带来了机遇——通过数字控制全面提高本身的动静态性能。 由于2D伺服阀是利用单个阀芯的旋转和滑动的双运动自由度而设计的伺服螺旋机构实现功率放大功能,相对其他伺服阀具有结构简单、抗污染能力强、构成导控阀导控级的零位泄漏小、固有频率高、动态性能好等优点,因此,本论文就对2D伺服阀的数字控制关键技术进行研究,论文的主要研究内容和成果如下: 1.对2D伺服阀的电—机械换转器的——感应子式同步电机(步进电动机)的数字控制进行了研究。建立了感应子式同步电机的静、动态数学模型;研究了感应子式同步电机输入输出特性以及电压控制和电流控制下的频率特性。由于电流控制下频宽主要受限于相位滞后,采用线性化方法和相平面方法分析了相位滞后,提出了相位补偿的方法;根据研究结果,提出了同步跟踪控制算法以保证感应子式同步电机转子无失步连续跟踪输入信号的变化,并具有良好的动静态特性。 2.对2D伺服阀非线性数字颤振补偿技术进行了研究。为消除或抑制解决2D伺服阀因传动机构间隙所引起的滞环非线性,建立了2D伺服阀滞环颤振补偿数学模型,仿真分析了滞环颤振补偿技术;为消除因正重叠开口所引起的流量特性的死区,提出了死区的颤振补偿原理,仿真分析了2D伺服阀流量特性死区的颤振补偿。实验验证了2D伺服阀数字颤振补偿技术是有效性和理论分析的正确性。 3.根据同步跟踪控制算法和2D伺服阀非线性数字颤振补偿技术,研制了以DSP芯片为核心的嵌入式控制器,并对电—机械转换器进行了动静态实验,实验表明该电—机械转换器具有良好的动静态性能,其重复精度小于1%,线性度小于0.5%,对应-3dB、-90。的频宽约为245Hz,阶跃响应的上升时间约为5.5ms。 4.以2D伺服阀为对象对阀体进行了动静态特性研究。理论分析2D伺服阀伺服螺旋机构导控级零位泄漏和静态输入输出特性;建立了2D伺服阀伺服螺旋机构的动态模型,研究了其主要结构参数,如初始弓高、高低孔半径、敏感腔长度和系统压力等,对其频率特性和阶跃响应的影响。 5.搭建了2D伺服阀性能测试平台,测试了2D伺服阀导控级零位泄漏、流量特性和重复特性以及的动态特性,实验表明,2D伺服阀具有较高的响应速度和控制精度以及良好的动态性能,对应-3dB、-90。的频宽约为140Hz,阶跃响应的上升时间约为8ms,最大百分比超调量为5.3%。


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