汽车无级变速器底层驱动系统设计与开发

提出用于驱动步进电机和高速数字开关阀的无级变速器底层驱动系统.详细介绍此系统的底层驱动原理和系统中使用的电子元器件,设计了关键元器件的驱动原理图,以及变速箱接口单元与发动机管理系统之间的控制器局域网通信协议.进行硬件在环仿真,成功驱动步进电机和高速数字开关阀,精确快速地实现速比控制,夹紧力控制和离合器控制,验证了无级变速器底层驱动系统.     

弛豫型铁电(PMNT)大流量高速开关阀设计与仿真

针对高速开关阀响应不够高、流量输出小的问题,利用新型压电晶体—弛豫型铁电(PMNT)的逆压电效应原理,将PMNT制作成大流量高速开关阀的驱动器,以此提高开关阀的响应速度。分析了PMNT驱动器的结构和工作原理,采用AMESim对PMNT驱动器进行建模并研究了PMNT的逆压电效应,同时采用类似并联阀的双阀芯结构增大出口流量,运用AMESim平台对其整个液压系统进行研究,比较了不同占空比下PWM脉冲信号及压力源对高速开关阀出口流量和压力变化的影响。该新型高速开关阀能够满足高速、大流量要求。     

芯套双动高速开关阀的设计与液动力分析

高速电磁开关阀存在大流量与高速响应之间的矛盾。通过对锥阀特性的分析,设计了一种阀芯、阀套同时运动的芯套双动高速开关阀,该阀增大了高速开关阀的开口度,提高了响应速度和流量。同时对阀进行了液动力分析,得出在给定压差的条件下液动力与阀的位移基本呈线性关系的结论。     

大负载精密驱动超磁致伸缩直线电机动力学建模与仿真

基于一种新型的精密大负载超磁致伸缩直线电机进行了整机动力学建模和仿真,尝试分析巨磁致伸缩直线电机的频率特性和负载特性,提供了一种对于尺蠖运动超磁致伸缩直线电机进行整机建模和性能分析的有效方法. 在建模过程中,采用Jiles Atherton磁滞模型以补偿磁滞回对直线电机输出的影响,并提出了直线电机驱动大负载时的滚动摩擦修正. 通过建模与仿真,验证了直线电机结构设计方案的可行性. 仿真和实验对比结果表明,该动力学模型实现了超磁致伸缩直线电机的变激励、变负载运动的准确模拟.     

基于高速开关阀的转速控制系统建模与仿真

高速开关阀是电液控制系统的新型元件,与计算机接口方便,并有较强抗污能力.设计了一个基于高速开关阀的二次调节转速控制系统,建立了主要元件的数学模型,并得到转速控制系统的状态方程.通过采用脉冲宽度调制(PWM)技术,实现对该系统的转速控制.通过仿真,研究了占空比和阻尼系数对系统响应的影响.并通过试验对仿真结果进行了验证.研究表明:通过改变高速开关阀的PWM信号占空比,可以实现对二次元件的转速控制,且能满足系统的性能要求.     

以稀土合金材料为驱动器的高速开关阀的研究与设计

为了提高电液高速开关阀的开关速度，改进流体脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)电液数字控制的精度，对以稀土合金超磁致伸缩材料作为驱动器来驱动液压开关阀进行了研究，并研制了一种特殊结构的新型高速开关阀。仿真计算与试验结果表明，这种阀具有很高的切换速度及频率，其开关时间少于1ms，能够显著地提高PWM电液控制精度。     

超声直线电机工作过程仿真

在建立超声直线电机三维参数化模型的基础上,应用压电耦合理论、有限元理论和技术,开发了超声直线电机的虚拟样机系统;在模态分析的基础上,确定了该型电机的关键结构参数;对超声直线电机的工作过程进行了瞬态分析.瞬态分析结果表明,单脉冲驱动进给量可以达到纳米级;其z相位移与时间不是严格的线性关系.根据仿真研究结果,加工制造出了超声直线电机.初步试验结果表明,超声直线电机工作性能与仿真分析结果基本一致.     

高速开关阀控液压缸的位置控制半实物仿真研究

为研究基于高速开关阀的液压缸位置控制问题,设计了基于高速开关阀和换向阀组合控制液压缸的回路,并采用PWM驱动高速开关阀.建立了控制系统的Simulink离线仿真模型,采用基于卡尔曼滤波的PID控制算法完成液压缸的位置跟踪仿真.最后借助Matlab/xPC Target搭建了高速开关阀控液压位置系统的半实物仿真测试平台,仿真与实验结果表明所设计系统结构的正确性,以及采用卡尔曼滤波的PID控制算法可有效提高液压缸的位置控制精度,借助半实物仿真技术可以提高高速开关阀控位置系统的设计效率.      

高压大流量气动电磁换向阀原理及动态特性

针对某水下装置对高压、大流量压缩空气的控制要求,对其关键元件高压大流量气动电磁换向阀的原理和动态特性进行了理论分析和仿真研究.提出采用先导式结构,以气动力作为高压大流量截止式主阀阀芯驱动力.通过对主阀启闭物理过程的分析,结合气体动力学,建立了基于高压气动电磁换向阀启闭动态过程的非线性数学模型.在此基础上进行了仿真研究,分析了在启闭过程中气控腔的压力变化过程,并探讨了气控腔作用面积、主阀复位弹簧刚度对主阀动态特性的影响.     

磁性材料对高速电磁开关阀动静态特性影响的仿真研究

基于AMESim中建立的高速电磁开关阀的动态模型,在不同饱和磁感应强度、无磁滞磁化强度形状系数、可逆性系数、涡流系数情况下,对高速电磁开关阀的电流、阀芯位移特性、空载流量特性和空载压力特性进行了仿真。根据仿真结果,分析了磁性材料对高速电磁开关阀动静态特性的影响,提出了根据B-H曲线选择电磁高速开关阀磁性材料的原则。     

旋转直接驱动电液压力伺服阀稳定性分析

针对最新研制的旋转直接驱动电液压力伺服阀(RDDPV)出现输出压力振荡问题,建立了数学模型和简化框图,得到了RDDPV稳定性判据,并提出了解决方案.RDDPV取消了传统压力伺服阀的机械和液压反馈,采用马达转角内闭环和输出压力外闭环的电反馈伺服控制.研究表明,当阀芯处于进回油口中间位置附近,稳态液动力表现为阀芯位移的正反馈作用,导致整阀机械液压部分刚度为负,稳定性差,此时,马达转角内闭环电反馈刚度对整阀稳定性至关重要.数值模拟和试验表明,增加马达转角电反馈系数,增加了伺服阀电反馈刚度,提高了伺服阀的稳定性.     

带有K型节流槽的液压支架换向阀改进设计

针对煤矿综采工作面现有液压支架换向阀阀口过流面积梯度大、仅能够实现开关型控制功能的现状,以及由此造成的支架供液系统内液压冲击剧烈问题,提出在阀芯径向过流孔凸肩位置增设K型节流槽的换向阀改进设计方案。得出了K型节流槽等效阀口过流面积计算方法,采用AMESim软件搭建了换向阀液压仿真模型;并对现有开关型换向阀和改进换向阀进行了对比研究。结果表明:带有K型节流槽的换向阀改进方案可实现阀芯开启过程中的阀口过流面积分段线性增大规律,在阀芯开度小于5. 5 mm时,阀口过流面积梯度较小;在阀芯开度大于5. 5 mm后,该梯度数值增大至与现有换向阀相当;阀口通流流量和阀口压力可相应实现分段增大规律。改进设计思路对于面向支架不同工艺动作的换向阀结构优化具有借鉴意义。     

挖掘机虚拟载荷下换向阀开启过程的液动力分析

为了提高换向阀开启过程的换向性能,以降低该过程的液动力为目标,提出液压挖掘机虚拟载荷下开启过程的阀芯结构形态设计方法:以液压挖掘机整机动态性能试验数据为基础,将其作业的周期性、随机性载荷特征抽象为具有统计特性的虚拟载荷;再以虚拟载荷为边界条件,以降低开启过程阀芯所受液动力为评价标准,分析不同阀芯结构形态的流固耦合动力学响应,探讨换向阀阀芯结构优化设计方法.结果表明,合理等效阀口面积的U型槽结构可有效降低不同虚拟载荷下的阀芯液动力.     

伺服阀主阀芯的建模与仿真

运用流场分析软件,对伺服阀主阀芯在阀口开口大小一定时的内部流场进行模拟仿真.仿真结果表明,阀口处压差是影响阀内部流场的主要因素之一.仿真所得阀口的速度场与压力场数据与伺服阀流量特性的理论计算结果一致,符合液体流动的规律.     

压电马达驱动小型先导节流阀设计研究

提出了小型先导节流阀一种高精度、快响应、可控性好的微调机构,采用压电马达驱动的调节方式,实现了小型先导节流阀的精密控制。对压电马达的驱动特性进行了实验性的分析与研究,为本课题的下一步研究奠定了一定的理论基础。     

伺服阀滑阀阀口系数影响因素分析

分析电液伺服系统中液压缸活塞位移、液压刚度、阀口开度、外负载刚度及阀芯与阀套间径向间隙对伺服阀阀口系数的影响。采用工作点线性化的处理方法,通过引入液压缸负载力方程,给出零开口电液伺服阀滑阀流量-压力系数和流量增益的计算公式,并对其影响因素进行分析。结果表明,在液压缸全行程中,流量-压力系数会随着液压缸活塞位移、外负载刚度及阀口开度的增加而增大,其中流量-压力系数随液压缸活塞位移的增大呈抛物线增长,其最大值约为最小值的2倍;流量增益随着液压缸活塞位移、外负载刚度的增大而减小,其中流量增益随液压缸活塞位移的增大而近似呈线性规律减小,其最小值约为最大值的1/2;阀芯与阀套间径向间隙对阀口系数随液压缸活塞位移变化率的影响不大;阀口系数在液压刚度取最小值附近时存在突变;同一液压刚度值可对应2个不同的液压缸活塞位移,分别对应的阀口系数值相差非常大。     

流量放大阀主阀心复位运动的数值解析

为深入理解和控制装载机转向液压系统中的油击振动现象,针对系统中流量放大阀主阀心的复位运动过程进行研究,应用流场仿真和多项式拟合方法获得主阀心复位运动中的动态液阻力和稳态液动力表达式,建立高精度的主阀心复位过程数学模型,利用MATLAB/Simulink软件对其进行数值计算,分析各种因素对主阀心复位过程的影响.计算结果表明,主阀心复位起始段速度很快,完成88.5%的复位行程仅用约1/4的复位时间,随后慢速接近零位;先导阀口面积是影响复位快慢的最主要因素,且复位时间对先导阀口面积的配置反应非常敏感,需结合复位弹簧刚度进行合理配置.     

Lumped Parameter Mass Flow Rate and Pressure Control Characteristics Model for High-Speed Pneumatic PWM on/off Valve

Aiming at solving the problem of strong coupling characteristic of the key parameters of high-speed pneumatic pulse width modulation（ PWM） on / off valve, a general lumped parameter mathematical model based on the valves time periods was well developed. With this model,the mass flow rate and dynamic pressure characteristics of constant volumes controlled by high-speed pneumatic PWM on /off valves was well described. A variable flow rate coefficient model was proposed to substitute for the constant one used in most of the prior works to investigate PWM on /off valves＇ dynamical pressure response, and a formula for disclosing the inherent relationship among the PWM command signal,static mass flow rate,and sonic conductance of the valve was newly derived.Finally,an extensive set of analytical experimental comparisons were implemented to verify the validity of the proposed mathematica model. With the proposed model, PWM on /off valves＇ characteristics,such as mass flow rate,step pressure response of the valve control system,mean pressure and ripple amplitude,not only in the linear range,but also in the nonlinear range can be wel predicted; Good agreement between measured and calculated results was obtained,which proved that the model is helpful for designing a control strategy in a closed loop control system.     

作业型ROV推进器动力学建模与响应分析

为研究深海作业型遥控水下机器人（remotely operated vehicle,ROV）液压推进器控制系统的动力学响应特性,建立了一种考虑螺旋桨动态负载影响的伺服阀控制液压推进器动力学系统的数学模型,提出一种伺服阀控制液压推进器的马达流量、压力、扭矩、转速、螺旋桨转矩和推力的求解方法.通过数值仿真,分析了不同控制电压下伺服阀、液压马达和螺旋桨的动态响应过程及特点,建立了推力分配方法中推力简化约束模型,并得到了期望推力和推进器控制电压之间函数关系的数学模型.与推进器水池试验结果相比,本文仿真结果准确可信.这种完整和准确的液压推进器动力学系统的数学模型,对实际水下机器人和动力定位船舶的运动控制方法、推力分配策略及推进器控制的研究,具有一定的指导意义和工程价值.      

水轮机筒阀电液同步控制系统数学建模与仿真

为了满足水轮机筒阀在启闭过程中的多缸同步和速度控制的要求,对筒阀电液同步控制系统中的主要液压部件。如电液比例方向阀、同步液压马达、比例节流阀和非对称液压缸进行动态数学建模分析,给出了水轮机筒阀电液同步控制系统非线性数学模型。针对筒阀在启闭过程中对同步性能和速度控制要求高的特点,提出一种双闭环（同步闭环和速度闭环）综合控制方式,该控制方式内环负反馈用于多缸同步控制,外环负反馈用于多缸速度控制。利用Simulink对系统进行仿真研究,并和试验结果进行了对比。结果表明,该系统和控制方式能满足水轮机筒阀在启闭过程中对速度和同步性能的要求。