射流伺服阀用放大型超磁致伸缩执行器建模及分析

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaNov．252014V01．35No．113156—3165ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn射流伺服阀用放大型超磁致伸缩执行器建模及分析朱玉川*，李跃松南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016摘要：为提高射流伺服阀的动态性能，设计了采用桥式微位移放大机构的射流伺服阀用放大型超磁致伸缩执行器(AGMA)。建立了计输入位移损失的放大机构模型以及非线性位移输出理论

2、模型，并采用有限元法对所建放大机构模型进行了对比验证，结果表明：放大机构的输入刚度模型最大误差40Hz，谐振频率约为30Hz。关键词：超磁致伸缩执行器；射流伺服阀；动态模型；微

3、位移放大；刚度；有限元法中图分类号：V227+．83；THl37文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)11—3156—10电液伺服系统集电气和液压两方面的特长，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、易于实现各种参量反馈等优点，在对控制系统的体积、输出功率、响应速度、控制精度要求较高的航空航天及国防军事工业领域有着广泛运用。作为电液伺服系统关键部件的电液伺服阀，既是电液转换元件，又是功率放大元件，它的性能直接关系到整个电液系统的控制精度和响应速度，也直接影响到系统的可靠性和寿命。因此，研制新型高性能伺服

4、阀对提高电液控制系统的性能有着重要意义[1屯]。目前使用的伺服阀中，射流管伺服阀具有可靠性高、抗污染能力强、寿命长等优点，较适宜应用于发动机的燃油控制、舵机控制等工作环境较恶劣且对可靠性要求较高的场合[3]。但是由于力矩马达输出力较小，射流管伺服阀的动态响应要远小于喷嘴挡板伺服阀，限制了其在动态性能要求较高场合的应用[4。5]。以超磁致伸缩材料(Gi-antMagnetostrictiveMaterials，GMM)为基础的超磁致伸缩执行器具有输出力大、控制精度高、动态性能好、结构简单、驱动电压远小于压电执行器等优点，以其作为驱动射

5、流管液压放大器的执行器将使射流管伺服阀的动态性能显著提高[613；然而使超磁致伸缩执行器产生足够的行程驱动射流管液压放大器，其体积及驱动电流必然较大，不能满足航空等领域应用中对电液伺服阀体积与驱动功率的要求，设计具有微位移放大的射流伺服阀用放大型超磁致伸缩执行器(AmplifiedGiantMagnetostrictiveActuator，AGMA)是解决这个问题的有效途径[8‘9]。微位移放大机构种类较多，其中基于柔性铰链的桥式放大机构具有易于加工、结构紧凑、放大收稿日期：2014—05—04；退修日期：2014-05—24；录用

6、日期：2014-06—10；网络出版时间：2014一06-2513：32网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．7527／$1000—689320140121．htmI基金项目：国家自然科学基金(5”75243，5080508)；航空科学基金(20110752006，20130652011)；江苏省自然科学基金(BK20131359)*通讯作者．Tel．：025·84892503E—mail：meeyczhu@nuaaeducn引用撂武lZhuYC．LiYS，Modelingandanalys，sforamp

7、lifiedgiantmagnetostrictiveactuatorappliedtoiet-pipeelectro-hydraulicser—vovalveEJ]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2014，35(11)：3156—3165．朱玉朋．李跃松．射流俪驻阀甩放大型超磁致伸缩执行器建模及分析!J]．航空学报，2014．35(11)：3156—3165朱玉川等：射流伺服阀用放大型超磁致伸缩执行器建模及分析倍数较高等优点，已成功的应用在压电执行器上[1“”]，然而若将此机构运用在伺服阀

8、用AGMA上需要考虑几个方面问题：①为提高GMM棒的性能，需对其施加6MPa左右的预压应力，而压电执行器所用柔性铰链厚度较薄，如参考文献E83中所用铰链厚度小于0．3mm；②AGMA为电磁驱动且工作电流较大，为降低发热对其精度的影响，