力反馈电液伺服阀优化

　　1 引言

　　伺服阀具有高性能，高可靠性，低功耗和体积小、重量轻等特点，所以在航空航天电液伺服系统中得到了极广泛的应用。目前，最具有代表性的伺服阀是喷嘴 - 挡板式两级伺服阀，而力反馈式电液伺服阀是喷嘴 - 挡板式两级伺服阀中应用广泛的电液伺服阀[1]。近年来，航空航天技术中要求频宽大于100Hz 的快速伺服系统，而目前的电液伺服阀的频宽一般都小于100Hz，因此有必要对其进行优化，本文以QDY—C32 电液伺服阀为例进行优化设计。

　　参考国内外以往的伺服阀优化文章，发现有的只是单一提高了阀的频宽或者保证稳定性的前提下提高频宽，而本文不仅是在保证阀的综合控制性能的前提下提高频宽，更为重要的是实现了喷嘴流量的最优化，这点往往是被忽略的，但高频响应的伺服阀除了对力矩马达有特殊要求以外，还需要精心选择挡板阀的流量和滑阀的端面积，因为高频阀的控制流量是很大的，选择不当会出现流量饱和，使伺服阀的实际频宽达不到要求，或者只能在小振幅下达到设计要求; 另一方面，选择不当也会由于流量过大而增加内部泄漏和力矩马达的功率，有时甚至无法实现。因此，既不饱和又是最小值的喷挡阀的流量就是双喷嘴挡板阀的最优流量。

　　2 力反馈电液伺服阀的建模

　　利用MATLAB 中Simulink 模块及傅里叶变换验证伺服阀的动态性能的改进，需要对力反馈电液伺服阀的非线性模型进行仿真计算，因为非线性模型更接近实际中的阀，为了保证阀的综合控制性能用到的ITAE 准则[4]是根据阀的线性模型来实现的，因此首先需要建立力反馈电液伺服阀的线性及非线性模型。

　　2. 1 力反馈式电液伺服阀最终简化线性模型

　　力反馈电液伺服阀最终简化eg—xv闭环传递函数^[1]:

　　2. 2 力反馈电液伺服阀的非线性模型

　　2. 2. 1 衔铁挡板力矩平衡方程

　　2. 2. 2 滑阀运动方程

　　2. 2. 3 流量连续方程

　　2. 2. 4 力反馈式电液伺服阀非线性仿真方法

　　力反馈阀原理图如图1( 输入为直流电压) 。

　　利用MATLAB平台，根据式( 2) 、( 3) 、( 4) 、( 5) 及力反馈阀原理图可建立非线性仿真模型。利用该模型便可进行优化前后的仿真计算，验证优化设计的有效性。

　　3 力反馈式电液伺服阀参数优化

　　3. 1 喷嘴流量最优化

　　高频响应的伺服阀除了对力矩马达有特殊要求以外，还需要精心选择挡板阀的流量和滑阀的端面积。因为高频阀的控制流量是很大的，选择不当都会出现流量饱和，使伺服阀的实际频宽达不到要求，或者只能在小振幅下达到设计要求，另一方面，选择不当也会由于流量过大而增加内部泄漏和力矩马达的功率，有时甚至无法实现，而以往的优化往往忽略对喷嘴流量最优化的设计。