两级力反馈喷嘴挡板伺服阀建模与仿真

作     者：刘常海 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜洪洲

授予年度：2013年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080203[工学-机械设计及理论] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：磁阻 电磁力矩系数 磁弹簧刚度 喷嘴挡板伺服阀 状态空间模型 

摘      要：两级力反馈喷嘴挡板伺服阀因其响应速度快、功率放大率高、线性好、死区小等优点，而被广泛应用于电液伺服系统中。然而由于缺少完善的数学模型，使力矩马达的设计仍采用经验的方式设计，没有系统的理论指导;此外现有伺服阀的整体动力学理论模型与基于机理的模型仿真结果以及实验结果存在较大的误差。因此，对两级力反馈喷嘴挡板伺服阀的整体动力学模型进行研究，对于指导喷嘴挡板伺服阀设计以及完善其整体数学模型具有十分重要的意义。 本课题采用理论推导、仿真和实验相结合的研究方法，对伺服阀力矩马达的数学模型和伺服阀整体动力学模型进行了研究。将导磁元件磁阻、永磁体磁阻以及永磁体的漏磁考虑在内，利用基尔霍夫定律对伺服阀力矩马达进行了磁路分析与电磁力矩的推导，得出了力矩马达输出电磁力矩线性化的表达式，并对磁弹簧刚度和电磁力矩系数的计算公式进行了修正，分析了导磁元件磁阻和永磁体磁阻对伺服阀力矩马达性能的影响。并采用AMESim对伺服阀力矩马达进行了建模仿真研究，以及采用SFL218伺服阀的力矩马达进行了实验研究，验证了所推导伺服阀力矩马达磁路模型的有效性。 通过上述对伺服阀力矩马达数学模型进行研究后，将衔铁挡板组件的运动当做一个二自由度运动系统，并将挡板处的压力反馈以及滑阀的动态考虑在内，利用现代控制理论的方法对两级力反馈喷嘴挡板伺服阀进行数学模型进行了研究，得出了其整体动力学模型，并采用Matlab对两级力反馈喷嘴挡板伺服阀进行机理建模，将其仿真结果与AMESim模型仿真结果进行比较，验证了所推导两级力反馈喷嘴挡板伺服阀整体理论模型的有效性。