基于GMM转换器的两级电液伺服阀的机理研究

论文摘要

超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material, GMM）是一种新型的功能材料,具有磁致伸缩应变大、响应速度快、输出力大等优异的性能,使之成为高科技领域的研究热点,其相应的理论及应用研究正日益广泛,各种相关的应用器件正被世界各地的研究者开发出来。论文充分利用超磁致伸缩材料的优异性能,设计了一种阀用电-机转换器（Giant Magnetostrictive Actuator, GMA）,并对其进行了静动态理论分析,建立其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为1832N,表明GMA具有响应速度快、输出力大等显著的特点。基于GMA的众多优点,论文以提高传统电液伺服阀的频宽、响应速度等动态特性为指导思想,利用GMA取代传统电液伺服阀中的力矩马达,设计了一种新型的力反馈式电液伺服阀的实现方案和具体结构,并给出了具体的结构参数设计理论；同时还建立了GMM电液伺服阀的数学模型与动态仿真模型,通过一组原始数据对阀进行了参数设计及仿真研究,并将GMM电液伺服阀与传统电液伺服阀的仿真结果相比较。结果显示,对GMM电液伺服阀,其相位裕度γ=85.6°,幅值裕量Kg=23.5dB,幅频宽ωb=472.6Hz,同等条件下,传统电液伺服阀的相位裕度γ=83.2°,幅值裕量Kg=9.26dB,幅频宽ωb=134.3Hz。可见,利用超磁致伸缩材料研制的电液伺服阀响应更快、精度更高、稳定性更好。图[40]表[6]参[73]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 电液伺服阀概述
• 1.1.1 电液伺服阀的研究现状
• 1.1.2 电液伺服阀的发展趋势
• 1.2 超磁致伸缩材料概述
• 1.2.1 超磁致伸缩材料的优越性能
• 1.2.2 国内外应用研究现状
• 1.3 课题研究意义及研究内容
• 1.3.1 课题研究意义
• 1.3.2 课题研究的难点
• 1.3.3 课题研究内容
• 2 GMM转换器的结构设计与理论分析
• 2.1 GMA的结构及工作原理
• 2.2 GMA主要结构及关键参数的设计
• 2.2.1 GMM棒的选取
• 2.2.2 驱动频率
• 2.2.3 线圈设计
• 2.2.4 预压力装置
• 2.3 GMA的数学模型
• 2.3.1 静态模型
• 2.3.2 动态模型
• 2.4 GMA动态特性仿真及分析
• 2.4.1 仿真模型的建立
• 2.4.2 仿真结果及分析
• 2.5 本章小结
• 3 GMM电液伺服阀的结构及参数设计
• 3.1 电液伺服阀的组成
• 3.2 GMM两级电液伺服阀的实现方案
• 3.3 GMM电液伺服阀的结构及工作原理
• 3.4 GMM电液伺服阀的参数设计
• 3.4.1 GMM电液伺服阀参数设计理论
• 3.4.2 GMM电液伺服阀参数计算
• 3.5 本章小结
• 4 GMM电液伺服阀的理论研究
• 4.1 GMM电液伺服阀的动态基本方程
• 4.1.1 GMA的基本方程
• 4.1.2 GMA输出杆与挡板反馈杆系统的运动方程
• 4.1.3 双喷嘴挡板阀非线性流量方程
• 4.1.4 滑阀的流量方程
• 4.1.5 阀芯力平衡方程
• 4.1.6 GMM电液伺服阀的流量输出方程
• 4.2 GMM电液伺服阀的方块图与传递函数
• 4.2.1 GMM伺服阀的方块图
• 4.2.2 GMM伺服阀的传递函数
• 4.3 GMM电液伺服阀的稳定性分析
• 4.4 本章小结
• 5 GMM电液伺服阀动态特性仿真与分析
• 5.1 GMM电液伺服阀的总仿真模型
• 5.2 GMM电液伺服阀仿真结果分析
• 5.2.1 时域仿真分析
• 5.2.2. 频域仿真分析
• 5.3 关键参数对GMM电液伺服阀动态特性的影响
• 5.3.1 GMA驱动线圈匝数
• 5.3.2 GMA磁阻
• 5.3.3 喷嘴挡板阀流量增益
• 5.3.4 滑阀阀芯端面积
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果