D665型先导式大流量电液伺服比例阀动态响应仿真分析知识分享.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。D665型先导式大流量电液伺服比例阀动态响应仿真分析-课题一：D665型先导式大流量电液伺服比例阀动态响应仿真分析班级：08级机电控制工程3班组长：沙世伟080101010378组员：王朋超080101020046张耀成080101010330杨瑞安080101010242指导老师：权凌霄俞滨（研究生）目录一、 任务书2二、 研究目的4三、 工作原理4四、 滑阀受力分析与计算4五、 D665型阀的数学模型8六、 D665型阀的仿真模型11七、 系统的稳定性分析13八、 项目心得14九、 参考文献15一、任务书课题一、D665型先导式大流量电液伺服比例阀动态响应仿真分析一、研究目的采用AMESim软件仿真分析手段，通过本课题的完成，使学生对液压滑阀及电液伺服阀的相关理论进行更为深入的学习，重点掌握以下知识点：1)滑阀受力分析；2)两级先导式大流量电液伺服阀的工作原理；3)两级先导式大流量电液伺服阀的动态响应分析(时域分析、频域分析)；4)简要总结得出影响伺服阀动态特性的因素。二、设计参数序号参数项参数值单位备注1开口型式零开口2主阀芯行程±6mm3主阀芯驱动面积33.2cm2标准阀芯4主阀芯型式圆形5主阀芯长度74mm6先导阀D631伺服阀MOOG7阀芯材料0Cr17Ni4Cu4Nb8流量系数Cd0.619速度系数Cv0.9810油液密度850Kg/m311油液粘度32mm2/s12工作温度4013额定流量1000L/min14工作压力31.5MPa15反馈环节型式5ms位移电反馈三、设计要求及完成过程本课题研究内容如下：1)D665型先导式大流量电液伺服比例阀功率级滑阀受力分析计算；2)建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀的数学模型；3)采用AMESim软件建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀仿真模型；4)得出该阀的时间响应曲线和频率响应曲线，得出阀的频宽。课题研究过程如下：1)每人结合自己的研究过程，提交课题一份研究报告，研究报告不得雷同；2)报告完成后，组长组织成员对所有报告进行评议，并打分；3)导师对每名学生的研究报告进行品议，并打分；4)一份汇总研究报告和汇报PPT，完成后，向答辩委员会提交申请；5)组织答辩，并打分。四、提交形式1)个人研究报告；2)汇总研究报告；3)汇报PPT-二、 研究目的采用AMESim软件仿真分析手段，通过本课题的完成，使学生对液压滑阀及电液伺服阀的相关理论进行更为深入的学习，重点掌握以下知识点：1)滑阀受力分析；2)两级先导式大流量电液伺服阀的工作原理；3)两级先导式大流量电液伺服阀的动态响应分析(时域分析、频域分析)；4)简要总结得出影响伺服阀动态特性的因素。三、工作原理（1）伺服喷嘴挡板先导阀工作原理伺服射流管先导阀主要由力矩马达、喷嘴挡板和接收器组成。当线圈中有电流通过时，产生的电磁力使挡板偏离中位。这个偏离和特殊形状的喷嘴设计使得当挡板偏向一侧时造成先导阀的接收器产生偏差。此压差直接导致阀芯两侧驱动力产生偏差，推动主阀芯产生位移。先导阀的泄漏油通过喷嘴环形区域处的排出通道流回回油口。（2）多级阀工作原理主阀芯的位置闭环控制是由阀内控制电路来实现的。一个电气指令信号作用于集成电路位置控制器并由此来驱动阀线圈。位置传感器通过震荡器测出主阀芯实际位移。此信号被解调并反馈至控制器与指令信号相比，得出的偏差信号驱动先导级从而使主阀芯产生位移，直至指令信号与反馈信号之间偏差为零。由此得到主阀芯位移与指令电信号成正比。四、D665型先导式大流量电液伺服比例阀功率级滑阀受力分析计算操纵滑阀阀芯运动需要先后克服各种阻力，其中包括：阀芯质量的惯性力，阀芯与阀套间的摩擦力，阀芯所受的液动力，弹性力和任意外负载力。（一） 作用在滑阀阀芯上的液动力液动力分为稳态液动力和瞬态液动力1）、稳态液动力由动量定理求得稳态轴向液动力为=由柏努利方程可求得阀口射流最小断面处流速为v=为速度系数，=0.98通过理想矩形阀口的流量为q=W为流量系数联立有=2W=为稳态液动力刚度，=2W对于理想滑阀，射流角=，取=0.61有=0.43W对于零开口四边滑阀的稳态液动力有（）于空载时（）达到最大值=全周开口，阀芯直径d=6.5cmW=d=20.42cm=0.43=16598.16N稳态液动力的方向总是指向使阀口关闭的方向。2)、瞬态液动力由动量变化得瞬态液动力有=m=对于零开口四边滑阀来说=（）由样本，知道阻尼长度为知82.5-41.3=41.2mm=114.3-82.5=31.8mm=41.2-31.8=9.4mm其中为负阻尼长度，正阻尼长度=9.4=108N瞬态液动力的方向始终与阀腔内液体的加速度方向相反，据此可以判断瞬态液动力的方向。3)、滑阀的驱动力根据阀芯运动时的力平衡方程式，可得阀芯运动时的总驱动力=+()+阀芯与阀套间的粘性摩擦系数任意负载力有850+77806+7780=4.9Kg则稳态液动力刚度，=3.9N/m五、建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀的数学模型图1、电液伺服阀的方块图由该题目中反馈环节型式为位移电反馈可知，上面方块图中的力反馈环节应用惯性环节代替转换为位移反馈通道，并且反馈环节应该去掉。那么，可以计算得到传递函数为其中，有为避免伺服放大器特性对伺服阀特性的影响，通常采用电流负反馈伺服放大器，以控制线圈回路的转折频率很高，则近似等于0，则力矩马达小闭环的传递函数为（s）=式中为衔铁挡板组件的固有频率，=为由机械阻尼和电磁阻尼产生的阻尼比，=对位移反馈回路进行化简有滑阀的固有频率很高，故滑阀动态可以忽略。r图2、简化后的位移反馈回路方块图则位移反馈回路的开环传递函数为G(s)H(s)=式中为位移反馈回路开环放大系数，位移反馈回路的稳定条件为处的谐振峰值不能超过零分贝线，即<2六、采用AMESim软件建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀仿真模型通过样本，查询得到D665型大流量电液伺服比例阀的各项参数，利用AMESim软件搭建符合题目要求的液压系统图，设定参数后，进行仿真，得到所需的时域曲线和频域曲线。图3利用AMESim搭建的闭环系统图系统搭建完进行参数设置后，通过调节PID中的各项参数来调节本系统的曲线走向，可以得到各项曲线。时域曲线：位移曲线频域曲线：根据开环系统得出8伯德图则由此可以得出：频宽为=6.42Hz幅值穿越频率为5.21Hz相角裕度为32.7度相角穿越频率为15.62Hz幅值裕度17.03dB七、系统的稳定性分析(1)先导级小球磨损，对于位置控制系统，三级电液伺服阀基本工作在零位，小球与阀芯基本为点接触，久而久之，小球磨损形成的非线性特性会影响三级电液伺服阀的稳定性的现象，只有更换三级电液伺服阀先导级小球才能解决。(2)主阀常见的问题是阀芯凸台棱边的磨损，即阀芯台阶的直角边被磨钝，造成内泄漏增大，压力增益降低，阀分辨率降低，系统误差增大。误差过大时也会造成三级电液伺服阀的控制精度超差，形成广义不稳定现象，使伺服系统表现出振荡。在磨损不严重、增益降低不大的情况下可调高伺服放大器增益，必要时需要配合PID调整，将误差调至正常范围。(3)三级电液伺服阀先导级被脏物堵塞时，会降低先导级增益，引起误差增大，形成广义不稳定，需要彻底清洗整台阀。除了自身的因素外，还有外界的影响，比如管道效应、元件组合不合理、机构弹性的影响、压力控制阀引起的不稳定等，这些都可以使三级电液伺服阀表现出不稳定。八、项目心得通过本次项目的实际操作，对课本的知识有了更深一步的理解，初步了解了如何将本科的实际理论知识运用到实际中去。我们也对滑阀、喷嘴挡板阀和一些先导阀的内部结构，工作原理有了进一步的理解，学会了如何对滑阀进行受力分析，对在计算过程中需要注意的地方也明确了许多，例如：明确了如何确定阻尼长度。在项目的过程中，也知道了如何利用已有产品的样本解决问题，会初步使用样本，对以后的工作打下了一定基础。还有，在建立系统的数学模型的时候，对方块图和传递函数的建立有了一定掌握，也掌握了一定的简化传递函数的算法。在数学模型建立后，通过课本上的知识，可以对自己做的系统进行稳定性分析，当然还不是很熟练，也有些问题不明白。同时，在用AMEsim进行仿真时，学会了如何搭建系统，在老师的指导下学会了怎么进行系统的参数设置，但是，还不能熟练运用，所以对一些参数进行设置时仍不知所措，以至于未能得出能够满足系统的所有稳定图线，所以仍需要继续学习，进一步加强自身。九、参考文献【1】王春行.液压控制系统.机械工业出版社.2010【2】孔祥东.王益群.控制工程基础.机械工业出版社.2008【3】付永领.祁晓野.AMESim系统建模与仿真.北京航空航天大学出版社.2006【4】刘小初.叶正茂.韩俊伟.肖林.基于AMESim软件的三级电业伺服阀建模与仿真.机床与液压.2008