设计了膜式液压放大机构,具有机构简单、放大倍数大的优点,同时解决了密封难,制造成本高的问题。对于单晶片主动式放大阀压电泵,通过实验测试了频率-流量特性和电压-流量特性。以驱动电压为150 V、阀膜厚度H=0.4 mm为例,压电振子中心点的变形量为45.861μm,放大倍数约为9倍。对理论流量与实测流量进行分析对比,结果表明,当阀口最大开度在0.2-0.4 mm时,该阀具有良好的通流能力及截止性。

压电陶瓷材料具有优良的力学性能和响应特性,将其作为智能执行器应用于液压阀中,是持续多年的研究热点。但压电驱动器输出仅为微米级,难以直接满足液压阀的使用要求,因此需要设计相应的微位移放大机构。首先,重点介绍了柔性铰链放大机构及其在压电阀中的典型应用,根据原理可分为杠杆、三角、桥式等放大形式;其次,归纳了基于液压放大和晶片放大机构的两类压电阀的代表性结构和性能特点;最后,分析对比了三类放大机构应用于压电阀中的优缺点。结果表明,铰链放大结构简单,再现性好;液压放大占用空间小,频带宽,倍数高;晶片放大频响高,只适用于伺服和先导控制。

该文对分布柔度桥式位移放大机构的放大比、刚度特性及固有频率等静动力学性能进行了研究。首先,根据柔性梁单元的刚度矩阵建立了该放大机构的位移放大比及其输入刚度解析模型。随后根据柔性梁的变形曲线方程,通过求解变形曲线对时间的导数,得到梁上任一点速度以获得柔性梁在机构振动过程中动能表达,在此基础上,利用拉格朗日法建立了具有3个广义坐标的桥式放大机构的振动方程,并得到其工作方向的固有频率。最后利用有限元与实验方法对其动力学性能进行了测试。实验结果表明,解析计算结果与有限元分析及实验结果较吻合,证明了所建立的解析模型的准确性。

针对作为被动控制的压电分流阻尼电路提出极点配置方法。对压电分流阻尼系统建立机电耦合方程,考虑模态位移为输出量,得到系统极点的特征方程。运用主导极点与虚轴的距离对系统动态响应衰减有着关键作用这一特性,确立优化目标,然后求解出压电分流阻尼电路参数的最优值。最后通过数值仿真对所设计的优化方法进行检验,并与传统传递函数优化法进行比较。仿真结果表明,运用极点配置方法设计的压电分流电路有着良好的抑制振动的效果,这验证了极点配置方法的有效性。

针对压电叠堆执行器输入电压与输出位移的动态迟滞特性,结合非对称静态Bouc-Wen迟滞模型,建立了压电叠堆执行器动态迟滞模型,并采用粒子群算法辨识出6个模型参数。为提高压电叠堆执行器动态位移输出精度,进一步推导出压电叠堆执行器迟滞逆模型,最终在此基础上对压电叠堆执行器进行前馈补偿研究。仿真与实验结果对比表明,在0~120V峰值电压与0~500Hz激励频率内,所建立的动态迟滞模型能够较好地描述与预测压电叠堆执行器的动态输出位移。前馈补偿实验研究结果表明,利用所建的迟滞逆模型补偿后,压电叠堆执行器的滞环减小,输出位移非线性度下降约3%。

传统的气动脉宽调制（PWM）比例阀因采用电磁铁为电一机械转换器而存在响应时间慢，稳态精度差等缺点，因而提出了一种基于压电陶瓷为电一机械转换器的新型压电直动式气动PWM比例阀的总体结构方案。研制了其实物样机，并进行了其动态特性试验研究，分析了PWM载波频率和载波幅值、比例P系数对阀动态性能的影响。与同级别气动比例阀的试验对比表明，该阀具有响应速度快和稳态精度高的特点，具有良好的工业应用前景。

针对传统的电液伺服阀分辨率较低、工作频带较窄及易受电磁干扰的特点,研制了一种由压电伸缩陶瓷驱动的新型驱动器,并对驱动机构的输出位移进行了测试.测试结果表明:该驱动器具有较大输出位移及较高的位移分辨率,可提高伺服阀的相关性能.

研制了一种新型的直动式电液伺服阀,伺服阀的驱动器由压电元件实现.该伺服阀采用电反馈原理,利用位移传感器将位置信号反馈给伺服放大器,与伺服阀的压电驱动器形成一个闭环位置系统,提高了伺服阀的动静态性能.该文对伺服阀样机的静态特性进行了测试,分析了特性曲线上所表征的性能指标及其影响因素;依据实验曲线获得静态特性参数,与北京机床研究所生产的QDY-D40型电磁驱动直动式电液伺服阀进行比较,指出了该阀的优点和不足,并提出改进方法.

研究了一种基于双压电晶片的喷嘴挡板式伺服阀,给出了双压电晶片的喷嘴挡板式伺服阀的基本机构.对双压电晶片在不同频率、介质、基板尺寸及晶片厚度下的变形情况进行了深入的分析,并通过试验初步验证了双压电晶片喷嘴挡板式伺服阀的相关性能,给出了流量、压力特性曲线,对试验结果进行了分析,得出了相关的结论.

论述了超磁致伸缩材料在电液控制元件中的应用研究现状,基于超磁致伸缩材料的特点和未来航空航天领域对高频大流量伺服阀的迫切需求,提出了一种由超磁致伸缩执行器驱动的新型射流伺服阀的结构,分析了其工作原理与特点,同时对该新结构伺服阀涉及的温度控制、热补偿、预压力施加与零位调节与驱动磁场均匀化等关键技术进行了详细分析并给出了具体实施方法。