双喷嘴挡板伺服阀动态参数寻优及仿真研究

摘要

电液伺服阀通过液压技术、自动控制技术与高端制造技术优点的全面结合，实现电、液信号的转换和精确控制，是机、电、液一体化的集成之作。它是电液伺服控制系统中的核心元件，其性能直接影响和决定了整个控制系统的性能。双喷嘴挡板伺服阀因其响应速度快、线性好、死区小、结构紧凑、整阀性能可计算及预测等优点，具有很好的静态、动态特性，在工业领域使用最为广泛。
　　为了获得更好的快速性和稳定性的性能，有必要对伺服阀进行优化，从而满足工程应用中越来越高的控制要求。这为伺服阀的优化设计提供了参考和依据，并具有一定的工程实用性。
　　以国产某型双喷嘴挡板伺服阀为研究对象，首先从阀的工作原理介绍着手，详细推导出阀的各个子环节的数学方程，得出双喷嘴挡板阀的数学模型和总的传递函数。为了便于分析阀的具有实际工程意义的动态参数，对伺服阀的总传递函数进行了简化。
　　确定了6个动态参数为待寻优参数，根据快速性和稳定性的优化目标，建立了伺服阀动态参数优化模型。优化模型运用混沌粒子群优化算法，对阀的动态参数进行寻优，最终得出一组最优解。通过对寻优前后数据的Matlab仿真对比分析得出：经过寻优后，伺服阀的稳定性和快速性两方面的性能都得到了提升，验证了优化模型和优化方法的有效性。依据优化参数对伺服阀内部结构参数和零件具体尺寸进行修改，改善阀的性能，具有良好的工程应用价值。
　　通过Matlab中Simulink仿真软件搭建了对伺服阀的仿真平台。基于对伺服阀的仿真平台，对阀的综合动态参数实施了仿真研究。分析了4个综合动态参数Ksv、?mf、Kvf、ξmf对伺服阀的动态性能的影响关系，得出了几点结论：
　　（1）提高伺服阀的流量增益Ksv，改善了闭环系统的响应速度。适当降低反馈杆刚度Kf，可改善了伺服阀的动态性能并提高了系统的稳定性。
　　（2）在保证一定的稳定裕量的前提条件下，通过增大Kvf来改善系统的动态特性性能是行之有效的方法。
　　（3）增加固有频率?mf后，系统的动态性能和稳态性能均得到改善。
　　（4）设定理想的阻尼比，可增强整个系统的稳定性，获得满意的动态性能。
　　（5）提高阀的动态性能，以某个综合动态参数为优化目标，需同时对其它综合动态参数加以约束或限定，减小或限制其它参数对整阀性能的影响。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外伺服阀制造厂商研发现状

1.3 电液伺服阀的发展趋势

1.4 电液伺服阀优化目标

1.5优化设计的方法

1.6 双喷嘴挡板阀的研究意义

1.7 本文研究内容

第二章 双喷嘴挡板阀的数学模型

2.1引言

2.2 双喷嘴挡板伺服阀的结构与工作原理

2.3 喷嘴挡板伺服阀的数学模型

2.4 伺服阀方框图与总传递函数

2.5 本章小结

第三章 双喷嘴挡板伺服阀的动态参数寻优

3.1 伺服阀的设计参数确定

3.2 优化模型的确定

3.3 混沌粒子群算法的原理介绍

3.4动态参数寻优

3.5混沌粒子群算法优化效果

3.6 寻优结果及仿真分析

3.7 优化参数的具体实现

3.8本章小结

第四章 伺服阀综合动态参数仿真研究

4.1 液压系统仿真技术介绍

4.2 基于MATLAB/Simulink的仿真平台

4.3伺服阀综合动态参数的确定

4.4 伺服阀的流量增益Ksv

4.5 开环增益系数Kvf

4.6 力矩马达的固有频率ωmf

4.7 力矩马达的机械阻尼比ξmf

4.8 综合动态参数之间的相互影响

4.9本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文