工业蝶阀执行器电液系统的设计与研究

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1、中图分类号：TH137论文编号：153111302学科分类号：460.45密级：天津理工大学研究生学位论文工业蝶阀执行器电液系统的设计与研究（申请工程硕士学位）专业学位类别：工程硕士工程领域：机械工程作者姓名：胡建飞指导教师：郭津津教授2018年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeTheDesignandStudyoftheElectro-hydraulicSystemoftheIndustrialButterflyValveAcuatorByHuJianfeiSupervisor

2、Pro.GuoJinjinJanuary2018摘要随着智能化控制技术的迅速发展，对阀门执行器提出了大力矩、长行程、高精度、稳定性好、快速切断、调节准确等较高的技术性能要求。为了实现这些要求，所以有必要研究一种具有体积小、推力大、节能环保等特点的工业蝶阀执行器，其结构特点、位移响应快慢以及控制器鲁棒性直接影响工作效果。本文针对工业蝶阀执行器电液系统进行研究与分析，将研究的最优工业蝶阀执行器电液系统应用到实际生产制造和工程实践中去。本文基于工业蝶阀执行器电液系统，进行了以下研究。首先，设计了工业蝶阀执行器液压系统和控制系统，对蝶阀的实际工况以及流量特性进行了分析。根据蝶阀的性能参数

3、要求，对蝶阀执行器电液系统关键元件进行参数计算及选型；另外，对蝶阀执行器电液系统进行了稳定性分析，结果表明该电液系统相对稳定；对蝶阀关键零部件进行了结构设计。其次，以DN250中心蝶阀模型为研究对象，借助FLUENT流体分析软件进行了流场数值仿真计算，得到不同开度的流场变化情况，并分析流场的流速和压力；通过计算蝶阀流场不同的特性参数，绘制参数与开度之间的曲线关系图，分析并获取最适合蝶阀工作的开度范围。结果表明，蝶阀开度大于30°的情况下可以对管道流量进行调节，这样可以保持稳定工作；应选择蝶阀开度大于60°时工作；蝶阀开度为70°时，执行器上的蝶阀轴受到的扭矩最大。然后，构建了工业

4、蝶阀执行器电液系统的仿真模型。在AMEsim软件中构建了电液系统的液压系统，对液压缸流量连续性方程进行分析并且设置关键参数，建立了无刷直流电机的模型并设置相关参数；设置液压泵和蓄能器的关键参数。在MATLAB/Simulink软件中构建了工业蝶阀执行器电液系统的控制系统，并进行参数设置。最后，在介绍AMEsim和MATLAB/Simulink联合仿真软件的基础上，通过控制策略优化目标。在MATLAB/Simulink软件中采用不同的控制方法分析执行器电液系统。以模糊基本原理为基础，阐明了模糊规则的选取方法，以便进行分析。采用不同的信号类型对系统的响应性能进行分析，即通过阶跃信号和

5、阶跃转接正弦信号两种输入信号对电液系统进行分析。通过对比和仿真，结果表明模糊控制方法的鲁棒性和抗干扰能力有很明显的优势。关键词：工业蝶阀执行器液压系统控制系统模糊控制AbstractWiththerapiddevelopmentofautomationcontroltechnology,valveactuatorsputforwardhightechnicalperformancerequirementssuchasstrongtorque，longstroke，highaccuracy，goodstability，fastcuttingandaccurateadjustment

6、.Inordertoachievetheserequirements，itisnecessarytostudyanindustrialbutterflyactuatorwithsmallsize，largethrust，energysavingandenvironmentalprotection.Itsstructuralcharacteristics，fastandslowdisplacementresponseandrobustnessofcontrollerdirectlyaffecttheworkingeffect.Inthispaper，theelectro-hydra

7、ulicsystemofindustrialbutterflyvalveactuatorisstudiedandanalyzed，andtheoptimalelectro-hydraulicsystemofindustrialbutterflyactuatorisappliedtoactualmanufacturingandengineeringpractice.Thispaperisbasedontheelectro-hydraulicsystemofthebutterflyv