超磁致伸缩伺服阀用电—机转换器传热及热误差分析

提出了一种超磁致伸缩伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器的结构并阐述了其工作原理,此电-机转换器采用了油液冷却和反向补偿法来抑制因热产生的位移输出。为分析温升对超磁致伸缩电-机转换器控制精度的影响,基于导热和对流传热理论建立了其传热模型,给出了稳态时超磁致伸缩棒上的温度和热补偿装置上的温度,分析了冷却油液流速对稳态温度的影响,并采用温度场数值模拟的方法对仿真结果进行了验证。分析结果表明,当控制电流为额定值1 A时,若超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度大于0.1 m/s,热补偿装置和超磁致伸缩棒的温度在20.3℃附近且温差在0.2℃以下。由超磁致伸缩棒和热补偿装置上的温度,进一步推导出了超磁致伸缩电-机转换器因热而产生的误差位移。通过仿真分析得出,在超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度等于0.1 m/s时,棒和外壳温度接近且温升不大,热误差位移不大于0.1μm。     

基于稀土超磁致伸缩材料的微致动器设计

选择Terfenol-D作为微致动器主要材料，采用弹簧对GMM棒施加一定的预压力以获得较大的磁致伸缩应变，采用偏置磁场消除GMM棒的倍频现象并使之工作在线性段，对磁路进行了分析和优化设计。针对电磁线圈工作发热及涡流损耗引起的GMM棒温升，采取了强制水冷方法并专门设计了一个恒温冷却系统用以消除材料的热变形对致动精度的影响。     

阀用超磁致伸缩致动器弓张结构静、动态建模与优化

为满足大流量超磁致伸缩电液伺服阀的驱动需要,设计了一种结构紧凑的弓张放大式超磁致伸缩致动器;基于力学基本原理和振动理论知识建立了弓张结构的静、动态模型;分析了弓张结构尺寸参数对其静、动态性能的影响;结合弓张放大式超磁致伸缩致动器应用于电液伺服阀的要求,利用多目标优化法确定了其结构尺寸最佳参数值,并利用有限元法对其静、动态模型进行了验证;设计了弓张放大式超磁致伸缩致动器样机,搭建了实验系统,并进行了静、动态实验。实验结果表明,弓张结构的放大倍数在8.13~8.72间波动,输出端最大位移可达107.9μm,固有频率约为168 Hz,测试所得结果与其静、动态模型计算值基本吻合;通过与优化前的性能相比,弓张结构的静态放大倍数在满足要求的条件下,其动态固有频率提高了55.6%;所设计的弓张放大式超磁致伸缩致动器基本上能够满足伺服阀的驱动要求,证明了该优化设计方法的有效性。     

超磁致伸缩致动器式脉冲喷射开关阀性能研究

鉴于超磁致伸缩致动器(GMA)的脉冲喷射开关阀性能受致动器结构参数的影响,建立了基于GMA的脉冲喷射开关阀流量与驱动电流之间的物理模型,并采用Matlab进行系统仿真.对比分析了开关阀中不同驱动线圈匝数、涡流时间常数、等效质量对开关阀频响伯德图和时域阶跃响应的影响,从而得到不同参数引起的开关阀工作带宽、响应时间等性能的变化规律,试验表明致动器结构引起的涡流时间常数是影响开关阀工作性能的主要因素,通过减小线圈匝数、缩短涡流时间常数可扩大致动器的频响范围,缩短响应时间.     

超磁致伸缩微致动器结构优化与静态特性试验

采用超磁致伸缩材料作为微致动器的主要材料,详细阐述了超磁致伸缩微致动器的结构及性能。通过建立超磁致伸缩微致动器的2D轴对称模型,利用有限元方法对微致动器的电磁结构进行优化。试验结果表明超磁致伸缩致动器在合适的偏置磁场及预压力作用下,能达到较佳的输出电流-位移及电流-输出力响应特性。     

超磁致伸缩致动器式脉冲喷射开关阀性能研究

鉴于超磁致伸缩致动器(GMA)的脉冲喷射开关阀性能受致动器结构参数的影响,建立了基于GMA的脉冲喷射开关阀流量与驱动电流之间的物理模型,并采用Matlab进行系统仿真。对比分析了开关阀中不同驱动线圈匝数、涡流时间常数、等效质量对开关阀频响伯德图和时域阶跃响应的影响,从而得到不同参数引起的开关阀工作带宽、响应时间等性能的变化规律,试验表明致动器结构引起的涡流时间常数是影响开关阀工作性能的主要因素,通过减小线圈匝数、缩短涡流时间常数可扩大致动器的频响范围,缩短响应时间。     

超磁致伸缩作动器的混沌非线

激励电流与输出位移之间的非线性影响超磁致伸缩作动器的性能,混沌现象是超磁致伸缩作动器非线性的重要方面.为研究超磁致伸缩作动器的混沌行为,建立了其非线性动态力学模型,用数值方法得到了反映系统非线性响应特性的分岔图、最大Lyapunov指数图、相图、Poincaré截面图、幅值谱等.分析结果表明,在低频条件下,激励电流过大或系统刚度过低都会导致混沌现象的出现.     

超磁致伸缩驱动器的输出特性研究

介绍了超磁致伸缩驱动器结构及其内部磁路的设计方法，对采用国产材料研制的驱动器的位移及力的输出特性进行了测试。实验结果表明，该驱动器具有理想的动态和静态输出精度和输出范围，可以用于精密设备的低频主动隔振平台中。     

基于叠加柔性铰链的超磁致伸缩驱动器建模与实验

为了满足高精度、大行程的需求,设计了一种基于尺蠖运动方式的超磁致伸缩直线驱动器,通过前、后箝位机构和驱动机构的相互配合,实现了驱动器的步进式位移输出。采用叠加式柔性铰链作为弹性元件,有效地改善了柔性铰链的受力情况,采用有限元法进行了强度校核和模态分析。计算了叠加式柔性铰链的等效刚度,建立了直线驱动器的动力学模型,对设计的样机进行了实验测试。实验结果表明,建立的位移模型和实验结果基本一致,最大相对误差为1.86%;设计的驱动器稳定工作电压为1～3V,最小和最大单步位移分别为4.55、12.01μm,最高工作频率为150Hz,最快速度为1.34mm/s;位移输出状态稳定,单步位移最大相对误差为2.69%。     

基于珩磨机主轴往复液压控制系统的特殊伺服阀设计

介绍了在研磨加工领域,主轴往复液压控制系统中的伺服阀,重点介绍该系统中特殊伺服阀的设计和计算。设计的伺服阀的阀芯驱动方式与用比例电磁铁驱动的传统伺服阀不同,该阀芯用伺服电机加滚珠丝杠的方式驱动,可以精准控制阀芯,也可以克服液动力对阀芯位移的影响。     

电液伺服系统的模糊控制研究

研究了电液位置控制伺服系统的动态特性，在分析传统模糊控制器优缺点的基础上，提出应用PI＋模糊规则自校正的控制策略可改善其系统性能。仿真结果表明，PI＋模糊规则自校正控制的电液位置控制伺服系统控制效果较好。     

基于联合测控的电液伺服阀动态性能测试研究

针对电液伺服阀动态特性测试精度低、高频控制效果较差的问题,在GB/T 15623.1—2003基础上构建电液伺服阀联合测控平台,利用PLC系统对作动筒进行低频控制,减小了测试原理误差。提出了一种对扫频控制信号进行积分计算来进行频率响应特性分析的计算方法。利用Lab VIEW软件采取定采样、变采样率的方法发出信号,实现对扫频信号的精确控制。给出了MOOG D761-2716A型机械反馈伺服阀及MOOG D661-1945E型电位移反馈伺服阀的动态性能实测曲线,试验证明,所提方法对电液伺服阀动态性能测试精度可达±4%。     

电液手控器型遥操作机器人力反馈控制策略

针对现有电动力反馈操纵装置存在刚度小、力效果不明显的问题,设计了电液伺服力反馈手控器。该手控器在水平方向上具有X、Y两个旋转自由度,每个自由度采用单独的伺服阀控液压马达驱动,空间运动互不干涉。综合传统的力反射伺服型和并列型双向伺服控制算法的优点,提出力/位置偏差复合型主从双向控制策略。以液压手控器为主手,四自由度工程机器人为从手,进行主从遥操作力反馈双向伺服试验研究。验证了力/位置偏差复合型控制算法能有效提高系统响应的快速性和稳定性。     

带式输送机软起动数字电液比例控制

将采用数字高速开关阀构成的新型电液比例控制系统,应用于大功率带式输送机的软起动装置中;分析软起动装置的负载特性,提出软起动装置数字电液比例控制系统的数学模型,为拓宽数字高速开关阀的应用领域提供了例证。     

基于电磁阀减振器的1/4车辆半主动悬架非线性控制

在电磁阀减振器力-速度特性试验基础上,针对电磁阀减振器1/4车辆半主动悬架非线性特性和电磁阀减振器可调阻尼力输出饱和特性,提出一种基于输入饱和的滑模控制策略。建立半主动悬架1/4车辆非线性模型和输入简化的悬架参考模型。设计半主动悬架1/4车辆非线性模型滑模控制器,同时考虑电磁阀减振器阻尼力存在的输出饱和特性,设计辅助分析系统,以控制补偿信号对滑模控制器进行饱和补偿。Matlab/Simulink仿真与台架试验结果表明:设计的输入饱和滑模控制器能有效消除电磁阀减振器输出饱和特性影响,使电磁阀减振器半主动悬架车身垂向加速度、悬架动挠度等性能指标很好地跟踪或接近悬架参考模型理想输出,优化电磁阀减振器半主动悬架非线性控制与设计,有效改善车辆乘坐舒适性。     

DCT液压系统中阀口开度对控制性能的影响

为提高双离合自动变速器(DCT)中的液压控制系统的控制精度,以自主研发的七速对置双离合自动变速器的电液控制系统为研究对象,针对同步器和离合器的不同工作特性,通过对滑阀油口开度的控制来实现对同步器和离合器作动缸的动作控制,从而实现动力换挡。仿真结果表明,液压阀油口开度对输出油液的压强和流量有直接影响,通过对油口开度的控制可以使作动缸满足作动要求。     

高频二维脉宽调制转阀流体控制特性研究

传统的阀控液压系统是利用液压阀节流孔来控制流量,存在很大的节流损失。基于数字液压的思想及受高速开关阀全开和全关状态理论上无节流损失的启发,本文提出二维脉宽调制转阀构型,将液压系统流量以流体脉宽调制的方式进行控制及分配,降低节流损失,同时通过主动溢流方式极大地消除溢流损失。在高压（负载）支路和低压（油箱）支路之间通过阀芯旋转快速高频切换输出离散流量;通过阀芯轴向位移控制占空比（恒定转速下,负载支路连通时间与回油支路总连通时间的比）以实现输出平均流量的控制。通过数学模型、仿真以及实验验证了高频二维脉宽调制转阀可将流体连续性流动转变为离散、可控的流动,从流体系统工作介质离散化的角度实现了一种新的流量控制方式。     

高频二维脉宽调制转阀流体控制特性研究

传统的阀控液压系统是利用液压阀节流孔来控制流量,存在很大的节流损失。基于数字液压的思想及受高速开关阀全开和全关状态理论上无节流损失的启发,本文提出二维脉宽调制转阀构型,将液压系统流量以流体脉宽调制的方式进行控制及分配,降低节流损失,同时通过主动溢流方式极大地消除溢流损失。在高压(负载)支路和低压(油箱)支路之间通过阀芯旋转快速高频切换输出离散流量;通过阀芯轴向位移控制占空比(恒定转速下,负载支路连通时间与回油支路总连通时间的比)以实现输出平均流量的控制。通过数学模型、仿真以及实验验证了高频二维脉宽调制转阀可将流体连续性流动转变为离散、可控的流动,从流体系统工作介质离散化的角度实现了一种新的流量控制方式。