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基于GMM的直动式高频微小伺服阀关键技术研究

王伟  
【摘要】:超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简称GMM)是一种新型的功能材料,在室温下的形变量和输出力大,并且对信号输入能快速响应,现已成为物理学、材料科学、电磁学、控制工程和机械工程等诸多领域的研究热点,其应用价值已逐步显现。 本文基于GMM的众多优点,设计了一种伺服阀用转换器(Giant Magnetostrictive Actuator,简称GMA),并对其进行了静动态理论分析,建立数学模型进行动态仿真分析,仿真结果显示GMA阶跃上升时间Tr为0.8ms,稳态输出力F可达1832N,表明GMA具有响应速度快、输出力大等显著特点。同时基于该GMA转换器,设计了一种新型结构的直动式高频电液伺服阀,并通过理论分析和计算、数学建模和动态仿真分析、电磁场有限元分析等,对其关键技术进行了系统的研究,得出如下结论:对GMM直动式高频伺服阀而言,其相位裕度可达γ=84°,幅值裕量Kg=17dB,幅频宽ε=499Hz,幅值穿越频率ωgc=403Hz,相位穿越频率ωpc=5780Hz,可见基于GMM的直动式高频伺服阀的响应速度快、精度高、稳定性好;转换器GMA的阻尼系数、线圈匝数、阀体结构等对伺服阀动态特性的影响较大,增大GMA的阻尼系数可以提高伺服阀的高频特性,增加线圈匝数可以增大伺服阀的流量,减少伺服阀的构件数量可以提高伺服阀的响应速度。 本文的研究可为基于GMM的直动式高频伺服阀的设计提供了理论基础,为直动式高频伺服阀的研究注入了新的活力,同时为进一步优化该伺服阀的结构提供了重要依据。


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