型先導式大流量電液伺服比例閥動態(tài)響應仿真分析

1、課題一：D665型先導式大流量電液伺服比例閥動態(tài)響應仿真分析班級：08級機電控制工程3班組長：沙世偉 080101010378組員：王朋超 080101020046 張耀成 080101010330 楊瑞安 080101010242指導老師：權(quán)凌霄俞濱（研究生）目錄一、 任務書2二、 研究目的4三、 工作原理4四、 滑閥受力分析與計算4五、 D665型閥的數(shù)學模型8六、 D665型閥的仿真模型11七、 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析13八、 項目心得14九、 參考文獻15一、任務書課題一、D665型先導式大流量電液伺服比例閥動態(tài)響應仿真分析一、研究目的采用AMESim軟件仿真分析手段，通過本課題的完成，使學

2、生對液壓滑閥及電液伺服閥的相關理論進行更為深入的學習，重點掌握以下知識點：1) 滑閥受力分析；2) 兩級先導式大流量電液伺服閥的工作原理；3) 兩級先導式大流量電液伺服閥的動態(tài)響應分析(時域分析、頻域分析)；4) 簡要總結(jié)得出影響伺服閥動態(tài)特性的因素。二、設計參數(shù)序號參數(shù)項參數(shù)值單位備注1開口型式零開口2主閥芯行程6mm3主閥芯驅(qū)動面積33.2cm2標準閥芯4主閥芯型式圓形5主閥芯長度74mm6先導閥D631伺服閥MOOG7閥芯材料0Cr17Ni4Cu4Nb8流量系數(shù)Cd0.619速度系數(shù)Cv0.9810油液密度850Kg/m311油液粘度32mm2/s12工作溫度4013額定流量1000L/

3、min14工作壓力31.5MPa15反饋環(huán)節(jié)型式5ms位移電反饋三、設計要求及完成過程本課題研究內(nèi)容如下：1) D665型先導式大流量電液伺服比例閥功率級滑閥受力分析計算；2) 建立D665型先導式大流量電液伺服比例閥的數(shù)學模型；3) 采用AMESim軟件建立D665型先導式大流量電液伺服比例閥仿真模型；4) 得出該閥的時間響應曲線和頻率響應曲線，得出閥的頻寬。課題研究過程如下：1) 每人結(jié)合自己的研究過程，提交課題一份研究報告，研究報告不得雷同；2) 報告完成后，組長組織成員對所有報告進行評議，并打分；3) 導師對每名學生的研究報告進行品議，并打分；4) 一份匯總研究報告和匯報PPT，完成后

4、，向答辯委員會提交申請；5) 組織答辯，并打分。四、提交形式1) 個人研究報告；2) 匯總研究報告；3) 匯報PPT二、 研究目的采用AMESim軟件仿真分析手段，通過本課題的完成，使學生對液壓滑閥及電液伺服閥的相關理論進行更為深入的學習，重點掌握以下知識點：1) 滑閥受力分析；2) 兩級先導式大流量電液伺服閥的工作原理；3) 兩級先導式大流量電液伺服閥的動態(tài)響應分析(時域分析、頻域分析)；4) 簡要總結(jié)得出影響伺服閥動態(tài)特性的因素。三、工作原理（1）伺服噴嘴擋板先導閥工作原理伺服射流管先導閥主要由力矩馬達、噴嘴擋板和接收器組成。當線圈中有電流通過時，產(chǎn)生的電磁力使擋板偏離中位。這個偏離和特殊

5、形狀的噴嘴設計使得當擋板偏向一側(cè)時造成先導閥的接收器產(chǎn)生偏差。此壓差直接導致閥芯兩側(cè)驅(qū)動力產(chǎn)生偏差，推動主閥芯產(chǎn)生位移。先導閥的泄漏油通過噴嘴環(huán)形區(qū)域處的排出通道流回回油口。（2）多級閥工作原理主閥芯的位置閉環(huán)控制是由閥內(nèi)控制電路來實現(xiàn)的。一個電氣指令信號作用于集成電路位置控制器并由此來驅(qū)動閥線圈。位置傳感器通過震蕩器測出主閥芯實際位移。此信號被解調(diào)并反饋至控制器與指令信號相比，得出的偏差信號驅(qū)動先導級從而使主閥芯產(chǎn)生位移，直至指令信號與反饋信號之間偏差為零。由此得到主閥芯位移與指令電信號成正比。四、 D665型先導式大流量電液伺服比例閥功率級滑閥受力分析計算操縱滑閥閥芯運動需要先后克服各種阻

6、力，其中包括：閥芯質(zhì)量的慣性力，閥芯與閥套間的摩擦力，閥芯所受的液動力，彈性力和任意外負載力。（一） 作用在滑閥閥芯上的液動力液動力分為穩(wěn)態(tài)液動力和瞬態(tài)液動力1）、穩(wěn)態(tài)液動力由動量定理求得穩(wěn)態(tài)軸向液動力為=由柏努利方程可求得閥口射流最小斷面處流速為 v=為速度系數(shù)，=0.98通過理想矩形閥口的流量為 q=W為流量系數(shù)聯(lián)立有=2W=為穩(wěn)態(tài)液動力剛度，=2W對于理想滑閥，射流角=，取=0.61有=0.43W對于零開口四邊滑閥的穩(wěn)態(tài)液動力有（）于空載時（）達到最大值 =全周開口，閥芯直徑d=6.5 cm W=d=20.42cm =0.43=16598.16N穩(wěn)態(tài)液動力的方向總是指向使閥口關閉的方向。

7、2)、瞬態(tài)液動力由動量變化得瞬態(tài)液動力有 = m= =對于零開口四邊滑閥來說 =（）由樣本，知道阻尼長度為知82.5-41.3=41.2 mm =114.3-82.5=31.8 mm=41.2-31.8=9.4 mm其中為負阻尼長度，正阻尼長度=9.4 =108 N瞬態(tài)液動力的方向始終與閥腔內(nèi)液體的加速度方向相反，據(jù)此可以判斷瞬態(tài)液動力的方向。3)、滑閥的驅(qū)動力根據(jù)閥芯運動時的力平衡方程式，可得閥芯運動時的總驅(qū)動力 = +()+閥芯與閥套間的粘性摩擦系數(shù)任意負載力有850+77806+7780=4.9 Kg則穩(wěn)態(tài)液動力剛度，=3.9 N/m五、建立D665型先導式大流量電液伺服比例閥的數(shù)學模型

8、圖1、電液伺服閥的方塊圖由該題目中反饋環(huán)節(jié)型式為位移電反饋可知，上面方塊圖中的力反饋環(huán)節(jié)應用慣性環(huán)節(jié)代替轉(zhuǎn)換為位移反饋通道，并且反饋環(huán)節(jié)應該去掉。那么，可以計算得到傳遞函數(shù)為其中，有為避免伺服放大器特性對伺服閥特性的影響，通常采用電流負反饋伺服放大器，以控制線圈回路的轉(zhuǎn)折頻率很高，則近似等于0，則力矩馬達小閉環(huán)的傳遞函數(shù)為（s）=式中為銜鐵擋板組件的固有頻率，=為由機械阻尼和電磁阻尼產(chǎn)生的阻尼比，=對位移反饋回路進行化簡有滑閥的固有頻率很高，故滑閥動態(tài)可以忽略。 r 圖2、簡化后的位移反饋回路方塊圖則位移反饋回路的開環(huán)傳遞函數(shù)為 G(s)H(s) = 式中為位移反饋回路開環(huán)放大系數(shù)， 位移反饋

9、回路的穩(wěn)定條件為處的諧振峰值不能超過零分貝線，即 2六、采用AMESim軟件建立D665型先導式大流量電液伺服比例閥仿真模型通過樣本，查詢得到D665型大流量電液伺服比例閥的各項參數(shù)，利用AMESim軟件搭建符合題目要求的液壓系統(tǒng)圖，設定參數(shù)后，進行仿真，得到所需的時域曲線和頻域曲線。圖3 利用AMESim搭建的閉環(huán)系統(tǒng)圖系統(tǒng)搭建完進行參數(shù)設置后，通過調(diào)節(jié)PID中的各項參數(shù)來調(diào)節(jié)本系統(tǒng)的曲線走向，可以得到各項曲線。時域曲線：位移曲線頻域曲線：根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)得出8伯德圖則由此可以得出 ：頻寬為=6.42Hz幅值穿越頻率為5.21Hz相角裕度為32.7度相角穿越頻率為15.62Hz幅值裕度17.03

10、dB七、系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 (1) 先導級小球磨損，對于位置控制系統(tǒng)，三級電液伺服閥基本工作在零位， 小球與閥芯基本為點接觸，久而久之， 小球磨損形成的非線性特性會影響三級電液伺服閥的穩(wěn)定性的現(xiàn)象，只有更換三級電液伺服閥先導級小球才能解決。(2) 主閥常見的問題是閥芯凸臺棱邊的磨損，即閥芯臺階的直角邊被磨鈍，造成內(nèi)泄漏增大，壓力增益降低，閥分辨率降低，系統(tǒng)誤差增大。誤差過大時也會造成三級電液伺服閥的控制精度超差，形成廣義不穩(wěn)定現(xiàn)象，使伺服系統(tǒng)表現(xiàn)出振蕩。在磨損不嚴重、增益降低不大的情況下可調(diào)高伺服放大器增益，必要時需要配合PID調(diào)整，將誤差調(diào)至正常范圍。(3) 三級電液伺服閥先導級被臟物堵塞時，

11、會降低先導級增益，引起誤差增大，形成廣義不穩(wěn)定，需要徹底清洗整臺閥。除了自身的因素外，還有外界的影響，比如管道效應、元件組合不合理、機構(gòu)彈性的影響、壓力控制閥引起的不穩(wěn)定等，這些都可以使三級電液伺服閥表現(xiàn)出不穩(wěn)定。八、項目心得通過本次項目的實際操作，對課本的知識有了更深一步的理解，初步了解了如何將本科的實際理論知識運用到實際中去。我們也對滑閥、噴嘴擋板閥和一些先導閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作原理有了進一步的理解，學會了如何對滑閥進行受力分析，對在計算過程中需要注意的地方也明確了許多，例如：明確了如何確定阻尼長度。在項目的過程中，也知道了如何利用已有產(chǎn)品的樣本解決問題，會初步使用樣本，對以后的工作打下了一定基礎。還有，在建立系統(tǒng)的數(shù)學模型的時候，對方塊圖和傳遞函數(shù)的建立有了一定掌握，也掌握了一定的簡化傳遞函數(shù)的算法。在數(shù)學模型建立后，通過課本上的知識，可以對自己做的系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析，當然還不是很熟練，也有些問題不明白。同時，在用AMEsim進行仿真時，學會了如何搭建系統(tǒng)，在老師的指導下學會了怎么進行系統(tǒng)的參數(shù)設置，但是，還不能熟練運用，所以對一些參數(shù)進行設置時仍不知所措，以至于未能得出能夠滿