摘要
数字液压技术作为流体传动与控制的一个重要分支，在液压系统的智能化、集成化和节能化等方面具有巨大的潜力。数字开关阀通过阀芯高频启闭实现“流体离散”功能，是数字液压技术中的关键核心元件。目前对数字开关阀的研究主要集中在为提高球阀式高速开关阀(HSV)响应速度进行的结构和控制优化，而对数字开关阀中锥阀式电磁螺纹插装阀(SCV)的高响应控制研究较少。本文以SV08锥阀式电磁螺纹插装阀为研究对象，在分析影响其启闭响应速度因素的基础上，提出一种正负脉冲电压控制策略用以提高电磁螺纹插装阀的动态响应，为电磁螺纹插装阀高响应化和数字液压技术的发展提供理论参考和技术支撑。 本文在全面分析所研究电磁螺纹插装阀内部结构和工作原理的基础上，通过建立电磁螺纹插装阀阀芯动力学模型，得到阀芯启闭滞后时间与电磁铁线圈启闭初始电流、加载电压和复位弹簧预压缩力之间的数学关系；进行了线圈启闭初始电流、加载电压和复位弹簧预压缩力等参数对阀芯启闭滞后时间影响规律的研究，为电磁螺纹插装阀高响应控制策略的提出奠定坚实的理论基础。 根据对电磁螺纹插装阀阀芯启闭滞后时间影响因素的分析，提出了一种正负脉冲电压控制策略；在分析正负脉冲电压控制策略控制原理和对比采用三电压源与直流电压转换器实现所提控制策略优缺点的基础上，提出将直流转换器的PWM技术和正负脉冲电压控制原理相结合，对基于PWM技术的正负脉冲电压控制策略实现方法进行了研究，实现利用单电压源生成所需正负脉冲控制电压的目的。 进行了电磁螺纹插装阀动态响应特性测试方案的设计，并在AMESim中完成了电磁螺纹插装阀及其测试系统的多物理场耦合建模；基于仿真模型，研究了不同正负脉冲电压持续时间条件下电磁螺纹插装阀线圈电流、阀芯运动速度、电磁力、阀口压差和流量的变化规律，确定了正负脉冲电压控制策略的最优控制参数。 利用RT-Link半实物仿真测试系统搭建了电磁螺纹插装阀硬件在环测试平台，完成了在MATLAB和RTSimPlus中正负脉冲电压控制策略和测控操作界面的设计，并进行了常规电压和正负脉冲电压控制策略下电磁螺纹插装阀动态特性的对比实验。仿真和实验结果一致表明：采用正负脉冲电压控制后电磁螺纹插装阀的启闭响应速度分别提高了55%和89.93%，对应阀芯开启时间从30ms缩短到13.5ms，关闭时间从139ms缩短到14ms，验证了所提正负脉冲电压策略对提高电磁螺纹插装阀启闭响应速度的有效性。
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