Analisi delle caratteristiche statiche e dinamiche dell'elettro

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 15553 (2023) Citare questo articolo

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In questo studio, esaminiamo in modo esauriente la struttura e i principi operativi della servovalvola a pressione elettroidraulica a trasmissione diretta rotativa (RDDPV). Il nostro obiettivo è stabilire le equazioni dinamiche che governano il motore, la valvola a cassetto e il meccanismo di polarizzazione della valvola. Inoltre, costruiamo un modello matematico per il controller della servovalvola, garantendo al tempo stesso la linearizzazione del modello del controller. Inoltre, conduciamo un'analisi approfondita delle caratteristiche statiche della valvola, tra cui linearità, zona morta, ciclo di isteresi e deriva dello zero. Per quanto riguarda le caratteristiche dinamiche, stabiliamo un modello matematico dinamico per la valvola RDDPV. Successivamente, sottoponiamo la servovalvola ad analisi concentrandoci sulla risposta in frequenza e sulla risposta dinamica, utilizzando la corrente di controllo come ingresso e la pressione come uscita. Per eseguire queste analisi, utilizziamo il pacchetto software SIMULINK di MATLAB, facilitando le simulazioni dinamiche. Sorprendentemente, i risultati della simulazione mostrano la conformità della valvola ai requisiti di progettazione, sottolineandone l'idoneità per successivi sforzi di ricerca e sviluppo. Attraverso la nostra rigorosa indagine, offriamo supporto tecnico essenziale per le prossime fasi di ricerca e sviluppo della valvola, ponendo così solide basi per il suo ulteriore avanzamento.

La servovalvola di controllo della pressione elettroidraulica rotativa ad azionamento diretto (di seguito denominata RDDPV)1,2 converte il movimento rotatorio del motore di coppia nel movimento lineare della bobina di potenza tramite il meccanismo di azionamento eccentrico, in modo da modificare il rapporto dell'area di strozzamento di le finestre di ingresso e ritorno dell'olio e l'uscita della corrispondente pressione di carico; il servocontrollo si ottiene tramite il feedback elettrico a circuito chiuso della posizione del motore e della pressione di uscita. Klarecki ha analizzato l'influenza dei parametri del controller elettronico sulle caratteristiche dinamiche del servosistema elettroidraulico3. Per quanto riguarda le ricerche correlate in Cina, Songjing et al.4 hanno studiato il rumore delle vibrazioni del motore di coppia e, nel loro lavoro, la vibrazione autoeccitata del motore di coppia viene soppressa aggiungendo fluido magnetico al gioco di lavoro. Al momento, ci sono relativamente poche ricerche sulle caratteristiche dinamiche della servovalvola di pressione elettroidraulica rotativa ad azionamento diretto.

In risposta all’imperativo di ridurre ulteriormente le dimensioni per facilitare l’integrazione all’interno di sistemi di servocontrollo ristretti, come il controllo dei motori degli aerei, gli sforzi in corso sia a livello nazionale che internazionale hanno cercato di migliorare le configurazioni dei motori, il movimento delle valvole a cassetto e le interfacce di azionamento meccanico5. In particolare, nel 1966, IBM fu pioniera del motore a bobina mobile6, che successivamente trovò applicazione nell'azionamento diretto delle valvole a cassetto idrauliche di aziende come Parker. Inoltre, le ceramiche piezoelettriche, rinomate per la loro elevata densità di energia e forza in uscita, sono state progressivamente integrate nelle valvole ad azionamento diretto. Per affrontare gli spostamenti di uscita limitati delle ceramiche piezoelettriche, Beihang ha proposto una struttura compatta di amplificazione dello spostamento idraulico, migliorando significativamente la corsa della valvola a cassetto in uno spazio limitato, aumentando così la portata di controllo e la frequenza di risposta della valvola ad azionamento diretto7.

Un'altra innovazione è stata introdotta da uno studio8, che propone una valvola ad azionamento diretto del tipo a valvola rotativa che riduce efficacemente la forza idrodinamica durante il movimento della bobina controllando la dimensione della porta dell'acceleratore attraverso il movimento rotatorio della valvola a cassetto. In uno sviluppo separato, l'Università di Tecnologia di Zhejiang ha introdotto una valvola 2D a risposta rapida, azionata da un motore passo-passo per ruotare la valvola a cassetto. I fori di alta e bassa pressione, insieme alle scanalature a spirale sulla spalla della bobina, formano un semiponte di resistenza idraulica, consentendo un preciso servocontrollo della posizione orizzontale della valvola a cassetto9. Attualmente impiegato nel servocontrollo dei missili, è interessante notare che l'azionamento della bobina della valvola 2D segue la stessa configurazione delle tradizionali valvole a due stadi con la stessa pressione idraulica. Di conseguenza, la sua frequenza di risposta e le caratteristiche zero sono suscettibili alla deriva dovuta a cambiamenti di fattori esterni come la pressione e la temperatura di alimentazione dell'olio.