基于超磁致伸縮致動器的高速數(shù)字開關閥的參數(shù)設計及其特性研究.pdf

1、隨著技術的不斷進步，流體控制技術和計算機控制技術也在飛速發(fā)展。特別是近幾年，由于微型計算機技術的發(fā)展和提高，特別是價格低廉的各種單片機或微控制器的廣泛應用，為液壓系統(tǒng)的數(shù)字化提供了必要的條件，數(shù)字技術已應用于液壓控制工程的諸多方面，使得液壓元件的機電一體化技術逐步成熟。
　　本文主要研究液壓閥的直接數(shù)字化控制技術，即高速數(shù)字開關閥的相關技術。高速數(shù)字開關閥是20世紀80年代提出的一種與計算機數(shù)字I/O可以直接接口的液壓元件，與現(xiàn)有

2、的以開口度（液阻）對系統(tǒng)進行調控的傳統(tǒng)液壓閥相比，這種液壓元件具有響應速度快、結構簡單、抗污染能力強等特點。這種液壓閥是通過PWM信號產生控制功能，通過控制脈沖頻率或脈沖寬度，對液壓閥的流量進行連續(xù)的控制。由于這種閥門與微控制器不再需要A/D轉換接口，大大簡化了復雜的接口電路，因此高速數(shù)字開關閥是一種非常有前途的數(shù)字閥，發(fā)展這種數(shù)字元件將是工業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。
　　高速數(shù)字開關閥一般由脈寬調制器、超磁致伸縮致動器、位移杠桿放大機

3、構以及圓柱滑閥組成。為形成波動小的連續(xù)液流，必須提高這種閥門開關頻率。因此進一步提高高速數(shù)字開關閥的響應頻率，降低其響應時間，改善其性能，是開關閥實用化的關鍵所在。本文從致動器的方面考慮，通過比較，稀土超磁致伸縮致動器比傳統(tǒng)致動器（電磁式、壓電式、步進電機式）具有高頻響的突出優(yōu)點。在綜述現(xiàn)有文獻成果的基礎上，本文中對稀土超磁致伸縮致動器應用于高速數(shù)字開關閥的相關問題做了進一步的研究。文章首先從高速數(shù)字開關閥的理論出發(fā)，詳細地研究和分析其

4、結構、工作原理等，并根據(jù)其電磁特性和機械特性，建立了數(shù)學模型，然后將數(shù)學模型線性化并轉化為傳遞函數(shù)方框圖；進而轉化為仿真模型，結合MATLAB WITH SIMULINK仿真工具，進行數(shù)字仿真，生成動、靜態(tài)仿真曲線圖。在此基礎上，研究和分析了各種參數(shù)（脈寬占空比、線圈匝數(shù)、位移放大倍數(shù)、頻率等）對高速數(shù)字開關閥的影響，得出規(guī)律，然后利用ITAE準則（即時間乘絕對誤差積分準則）優(yōu)化方法，對高速數(shù)字開關閥的模型進行參數(shù)優(yōu)化，得到最優(yōu)參數(shù)。本