雙噴嘴擋板伺服閥流固耦合特性分析及振動(dòng)抑制.pdf

1、電液伺服系統(tǒng)以傳遞功率大、響應(yīng)速度快、控制精度高等特點(diǎn)，在航空、航天、船舶等國防工業(yè)領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。作為電液伺服控制系統(tǒng)中的核心部件，精密電液伺服閥機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密度高，其自身穩(wěn)定性、可靠性和快速性很大程度上決定了電液伺服系統(tǒng)的控制性能，甚至影響到航空航天飛行任務(wù)的成敗。當(dāng)進(jìn)行啟閉控制動(dòng)作時(shí)，電液伺服系統(tǒng)內(nèi)部流體激振常常產(chǎn)生自激現(xiàn)象，導(dǎo)致力矩馬達(dá)及活塞產(chǎn)生較大的振動(dòng)幅值，嚴(yán)重影響其正常工作特性甚至使用壽命。本文以某型航天用精密

2、雙噴嘴擋板電液伺服閥為研究對(duì)象，對(duì)電液伺服閥的流固耦合振動(dòng)特性、誘發(fā)機(jī)理以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制的影響規(guī)律進(jìn)行深入研究，以便構(gòu)造合理的基礎(chǔ)模型，進(jìn)一步完善電液伺服閥基礎(chǔ)理論體系，最后獲取相應(yīng)的控制措施來減小或抑制耦合振動(dòng)。
　　本文首先闡述本課題的研究背景，總結(jié)了國內(nèi)外學(xué)者在流固耦合振動(dòng)特性、研究方法、電液伺服系統(tǒng)振動(dòng)的研究概況以及振動(dòng)控制等方面的研究成果，分析并提出了流固耦合振動(dòng)分析及控制中的關(guān)鍵問題，明確本文的研究方向、目的及意義，

3、最后確定本文研究的技術(shù)路線。
　　根據(jù)閥控電液伺服控制系統(tǒng)的基本工作原理，對(duì)電液伺服閥的靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了深入分析，建立了雙噴嘴擋板伺服閥的非線性數(shù)學(xué)模型，同時(shí)根據(jù)非線性微分控制理論，通過非線性狀態(tài)反饋?zhàn)儞Q，將系統(tǒng)進(jìn)行輸入/輸出線性化，并在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的零動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了深入分析。相較于基于工作點(diǎn)的基礎(chǔ)增量線性化方法而言，所建的線性化數(shù)學(xué)模型將為分析流固耦合振動(dòng)現(xiàn)象以及振動(dòng)控制提供理論基礎(chǔ)，新模型將更接近實(shí)際控制系統(tǒng)。
　　

4、伺服閥自激是由系統(tǒng)的非恒定流動(dòng)引起，是流動(dòng)參數(shù)階躍變化時(shí)的動(dòng)態(tài)過渡過程。電液伺服閥以噴嘴擋板為前置級(jí)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部噴嘴射流流動(dòng)速度快、剪切流動(dòng)強(qiáng)、析出氣穴多，流體激振引起的耦合振動(dòng)往往造成伺服閥工作中產(chǎn)生高頻嘯叫。在本文中，結(jié)合流體力學(xué)的基本理論，以非線性電液伺服閥模型為基礎(chǔ)，建立了噴嘴擋板間射流流場(chǎng)模型。同時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，獲取電液伺服閥射流流場(chǎng)的真實(shí)流動(dòng)參數(shù)，最終給出前置級(jí)射流壓力脈動(dòng)、結(jié)構(gòu)參數(shù)與高頻自激振動(dòng)三者之間的內(nèi)在聯(lián)系。

5、r>　　伺服閥滑閥副組件作為伺服閥二級(jí)放大結(jié)構(gòu)，流體通過閥口高速流入相對(duì)緩慢的閥腔流場(chǎng)中，形成具有較大速度梯度的自由剪切層，剪切分離處的微小擾動(dòng)在傳播過程中受剪切層不穩(wěn)定性影響形成放大，并遞經(jīng)上下游壁反射誘發(fā)新的擾動(dòng)，形成自激振動(dòng)。本文采用流體振蕩理論及流體行為方程數(shù)值方法，將流經(jīng)管道的流體作為非線性參數(shù)系統(tǒng)，計(jì)算出各處的閥或者執(zhí)行元件，當(dāng)作流體運(yùn)動(dòng)的邊界條件，計(jì)算了穩(wěn)定界限，獲得了方程組的精確解，最后基于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作特性的分析，提

6、出了一種流固耦合半解析式數(shù)學(xué)模型。
　　為了深入研究液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和各項(xiàng)參數(shù)的分布規(guī)律，根據(jù)液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況和運(yùn)動(dòng)過程，以一維流體瞬變理論為基礎(chǔ)，考慮油液壓縮性對(duì)油液動(dòng)量的改變，采用特征線分析方法，利用有限差分格式，對(duì)伺服閥控液壓管路關(guān)機(jī)水擊的進(jìn)行數(shù)值分析，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)研究獲取其管路動(dòng)態(tài)特性，結(jié)果分析表明，該動(dòng)態(tài)模型可以較好的描述管路系統(tǒng)的瞬變特性。
　　最后通過研發(fā)電液伺服自激特性研究試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)其靜動(dòng)態(tài)以及流固耦