直驱式比例插装阀的研究

摘要

电液比例/伺服阀在电液控制领域应用广泛，传统的比例/伺服插装阀多用高性能伺服阀作为其先导级，为二级或三级结构，这类阀的结构较为复杂，成本较高，而且对油液清洁度要求高。近年来，随着永磁同步电机伺服控制系统的飞速发展，其应用也是越来越广泛。在电液控制领域，交流伺服电机因自带闭环控制、低惯量大扭矩、成本较低等优势，被认为是较好的电机械转换器。本文在前人的基础上，研制了用交流伺服电机直驱阀芯的比例插装阀，以下为本文主要内容的总结:
　　第一章:通过文献调研，分析了目前比例/伺服插装阀、直驱式电液伺服阀、伺服电机直驱阀的现状，引出本文研究的主要内容，对后续章节的展开做好铺垫。
　　第二章:完成了直驱式比例插装阀的设计。确定了阀的总体设计方案，对阀的各个部分进行了周密地设计计算。主要包括:通过理论研究及仿真分析确定了阀芯所受的稳态液动力;进行了伺服电机和滚珠丝杆的选型校核。
　　第三章:完成了直驱式比例插装阀的数学建模。对伺服电机和丝杆传动系统进行了详细地建模，分析它们内在的原理及结构，建立微分方程，然后通过拉氏变换用传递函数的形式建立数学模型，为后续研究做准备。
　　第四章:完成了对控制器的电流环、速度环、位置环的分析设计，并对模型进行了合理地简化，通过参数辨识的方法得到控制器模型。随后，对直驱式比例插装阀传动比的优化进行了理论分析及仿真研究。
　　第五章:对设计制造出来的直驱式比例插装阀进行了空载和带载试验。通过测试发现了控制算法的负载敏感问题。通过测试得知在本文研究工况下，伺服电机提供的驱动力大于阀芯所受的最大轴向负载力，从而验证了该阀设计的可行性及合理性。
　　第六章:总结了本文的主要工作内容，并分析了目前研究的不足以及对后续研究工作的展望。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题的研究背景

1．1．1 大流量比例／伺服插装阀技术现状

1．1．2 直驱式电液伺服阀国内外发展现状

1．1．3 伺服电机直驱阀研究现状

1．2 课题的研究意义

1．3 课题的研究内容

1．4 本章小结

第2章 直驱式比例插装阀的设计

2．1 阀的总体方案设计

2．2 阀体的结构参数设计

2．3 伺服电机的选型校核

2．3．1 轴向负载力极值计算

2．3．2 伺服电机选型计算及校核

2．4 滚珠丝杆的选型校核

2．4．1 滚珠丝杆简介

2．4．2 直驱阀传动系统结构的设计

2．4．3 滚珠丝杆校核

2．5 直驱阀导向机构设计

2．6 本章小结

第3章 直驱式比例插装阀的建模

3．1 永磁同步电机数学模型的建立

3．1．1 永磁同步电机的基本模型

3．1．2 永磁同步电机的d-q轴数学模型

3．1．3 永磁同步电机控制模型的建立

3．2 直驱阀传动系统数学模型的建立

3．2．1 阀芯液动力负载模型建立

3．2．2 丝杆传动系统的数学模型建立

3．3 直驱阀整体数学模型的建立

3．4 本章小结

第4章 直驱式比例插装阀的参数匹配性研究

4．1 伺服电机控制器的研究

4．1．1 电流控制器的设计

4．1．2 速度控制器的设计

4．1．3 位置控制器的设计

4．2 传动系统的参数值计算及特性分析

4．3 直驱阀传动比的优化设计

4．4 本章小结

第5章 直驱式比例插装阀的试验研究

5．1 直驱式比例插装阀的空载试验研究

5．1．1 伺服控制器简介及参数设置

5．1．2 位置模式下的空载测试

5．1．3 扭矩模式下的空载测试

5．2 直驱式比例插装阀的带载试验研究

5．2．1 试验台简介

5．2．2 直驱式比例插装阀带载试验

5．3 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介