双喷嘴挡板伺服阀动态参数寻优及仿真研究

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringTheparametersOptimizationoftheDual-nozzle-flapperServovalveandSimulationResearchMasterCandidate：LianghuaChenMechanicalElectronicMajor：EngineeringSupervisor：Prof.HaoHuangWuhanUniversityofScienceandTechnolog

2、yWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaMay,2015IIIII武汉科技大学硕士学位论文摘要电液伺服阀通过液压技术、自动控制技术与高端制造技术优点的全面结合，实现电、液信号的转换和精确控制，是机、电、液一体化的集成之作。它是电液伺服控制系统中的核心元件，其性能直接影响和决定了整个控制系统的性能。双喷嘴挡板伺服阀因其响应速度快、线性好、死区小、结构紧凑、整阀性能可计算及预测等优点，具有很好的静态、动态特性，在工业领域使用最为广泛。为了获得更好的快速性和稳定性的性能，有必要对伺服阀进行优化，从而满足工程应用中越来越高的控制要求。这为伺服阀的优化设计提供了参考和依据，并具有一

3、定的工程实用性。以国产某型双喷嘴挡板伺服阀为研究对象，首先从阀的工作原理介绍着手，详细推导出阀的各个子环节的数学方程，得出双喷嘴挡板阀的数学模型和总的传递函数。为了便于分析阀的具有实际工程意义的动态参数，对伺服阀的总传递函数进行了简化。确定了6个动态参数为待寻优参数，根据快速性和稳定性的优化目标，建立了伺服阀动态参数优化模型。优化模型运用混沌粒子群优化算法，对阀的动态参数进行寻优，最终得出一组最优解。通过对寻优前后数据的Matlab仿真对比分析得出：经过寻优后，伺服阀的稳定性和快速性两方面的性能都得到了提升，验证了优化模型和优化方法的有效性。依据优化参数对伺服阀内部结构参数和零件具体尺寸

4、进行修改，改善阀的性能，具有良好的工程应用价值。通过Matlab中Simulink仿真软件搭建了对伺服阀的仿真平台。基于对伺服阀的仿真平台，对阀的综合动态参数实施了仿真研究。分析了4个综合动态参数Ksv、mf、Kvf、ξmf对伺服阀的动态性能的影响关系，得出了几点结论：（1）提高伺服阀的流量增益Ksv，改善了闭环系统的响应速度。适当降低反馈杆刚度Kf，可改善了伺服阀的动态性能并提高了系统的稳定性。（2）在保证一定的稳定裕量的前提条件下，通过增大Kvf来改善系统的动态特性性能是行之有效的方法。（3）增加固有频率mf后，系统的动态性能和稳态性能均得到改善。（4）设定理想的阻尼比，可增强整

5、个系统的稳定性，获得满意的动态性能。（5）提高阀的动态性能，以某个综合动态参数为优化目标，需同时对其它综合动态参数加以约束或限定，减小或限制其它参数对整阀性能的影响。关键词：双喷嘴挡板伺服阀；混沌粒子群算法；参数寻优；仿真研究；IV武汉科技大学硕士学位论文AbstractElectro-hydraulicservovalveistheintegrationofmechanical,electrical,hydraulicintegration.Itisusedtoachieveelectricalandhydraulicsignal’sconversionandprecisecontro

6、lthroughacomprehensivecombinationofhydraulictechnology,automaticcontroltechnologyandhigh-tecmanufacturingtechnologyadvantages.Itisthecoreelementofelectro-hydraulicservocontrolsystem,itsperformancedirectlyaffectanddeterninetheentireautomaticservocontrolsystem’sperformance.Dual-nozzle-flapperservov

7、alvehassomeadvantagesoffastresponse,goodlinearity,smalldeadzone,compactstructure,theentirevalveperformancetocalculateandforecast,etc..Ithasgoodstaticanddynamiccharacteristicswhichusedmostwidelyintheindustry.Forbetterfr