喷嘴挡板式电液伺服阀的应用及仿真

　　液压伺服系统,特别是电液伺服系统已成为武器自动化和工业自动化的一个重要方面,由于其性能的优越性,因此应用非常广泛。在国防工业中,多用于飞机的操纵系统、导弹的自动控制系统、火炮操纵系统、坦克火炮稳定装置、雷达跟踪系统和舰艇的操舵装置等。

　　1 电液伺服系统的控制原理

　　1.1 喷嘴挡板式电液伺服阀控制原理

　　典型的喷嘴挡板式电液伺服阀如图1所示。

　　这类阀有一个电机械转换器(力矩马达) 1,一个液压放大器(喷嘴挡板原理) 2,一个阀套(第2级)内的控制阀芯3,阀芯通过机械反馈连接到力矩马达上。在力矩马达的线圈4输入一电信号,通过电枢的永久磁铁产生一个力,这个力连到扭矩管上产生一个力矩。由于挡板7,通过一连杆连接到扭矩管的喷嘴挡板离开控制喷嘴8的中间位置,这样就导致一个压力差,作用在控制阀芯3的前工作面。压力差使得阀芯移动,由此压力腔到一油口上,同时另一个油口与回油腔连接。控制阀芯通过一反馈弹簧(机械反馈) 9连到喷嘴挡板和力矩马达上。控制阀芯不断地改变位置,直到反馈弹簧的反馈扭矩和力矩马达的电磁扭矩达到平衡,喷嘴挡板系统的压差变为0,阀芯的行程和通过先导控制阀的流量实现了闭环控制,与输入电信号成正比。不管如何考虑,流量用压差决定。

　　1.2 电液伺服系统的物理模型

　　典型的电液伺服阀用于高精度泵控系统和阀控系统。

　　泵控缸物理模型如图2所示。

　　图3为泵控系统控制原理图。

　　泵的流量脉动引起的压力脉动、溢流阀的不稳定、管道谐振、各种非线性因素引起的极限环振荡、伺服阀引起的不稳定等,会引起系统振荡。

　　伺服阀中的游隙和阀芯上稳态液动力造成的压力反馈,都可以引起系统的不稳定。伺服阀至执行元件间的管道谐振也会引起系统振荡。伺服阀转换器的谐振频率、前置级阀或功率级的谐振频率与动力元件的谐振频率、管道的1/4波长频率相重合或成倍数时,也可以引起共振。

　　伺服阀游隙引起的不稳定可通过改善过滤和加颤振来减弱或消除;与管道及结构谐振频率有关的振荡,则可通过改变管道的长度及支承、执行元件的支撑等来减弱或消除。

　　目前国内液压伺服系统主要多采用泵控系统,泵控系统的效率高,特别适用于大功率控制,但是其分辨率较低、频率响应较低,因而系统的控制精度和动态响应较低,只适用于系统精度、响应要求较低的电液位置闭环,对于未来国防工业中的电液伺服系统是远远不能够满足要求。