磁致伸縮電液伺服閥理論與技術

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 電液伺服閥主要組成 1
1.1.1 電液伺服閥概述 1
1.1.2 電-機轉換器 2
1.1.3 液壓放大器 3
1.2 智能材料及其驅動的新型電液伺服閥 5
1.2.1 壓電材料/電致伸縮電液伺服閥 5
1.2.2 形狀記憶合金/磁控形狀記憶合金電液伺服閥 9
1.2.3 磁流變液電液伺服閥 10
1.2.4 電流變液電液伺服閥 12
1.3 磁致伸縮材料 13
1.3.1 磁致伸縮形變機理 13
1.3.2 超磁致伸縮材料的發(fā)展 13
1.4 超磁致伸縮材料在電液伺服閥中的應用 14
1.4.1 超磁致伸縮材料驅動的新型電液/電氣伺服閥 14
1.4.2 超磁致伸縮材料驅動的電液伺服閥關鍵技術 18
1.5 本章小結 19
參考文獻 20
第2章 磁致伸縮電液伺服閥及其多物理場優(yōu)化 23
2.1 超磁致伸縮材料的應用特性 23
2.1.1 磁致伸縮特性 23
2.1.2 壓應力特性 25
2.1.3 溫度特性 27
2.1.4 倍頻特性 27
2.1.5 渦流損耗特性 28
2.2 超磁致伸縮射流伺服閥結構及原理 29
2.3 超磁致伸縮電-機轉換器的電磁驅動 30
2.3.1 GMA磁路模型 30
2.3.2 GMA磁場分析 32
2.4 超磁致伸縮電-機轉換器的熱傳導 36
2.4.1 GMA傳熱模型 36
2.4.2 GMA熱場分析 44
2.5 射流液壓放大器的結構參數(shù)優(yōu)化 45
2.5.1 淹沒紊動射流理論 45
2.5.2 射流液壓放大器優(yōu)化模型 47
2.5.3 射流液壓放大器設計準則 52
2.6 超磁致伸縮驅動型噴嘴擋板閥 55
2.6.1 超磁致伸縮三噴嘴擋板閥的結構與工作原理 55
2.6.2 超磁致伸縮四噴嘴擋板閥的結構與工作原理 56
2.7 本章小結 57
參考文獻 58
第3章 磁致伸縮電-機轉換器磁致位移模型與控制 60
3.1 超磁致伸縮電-機轉換器磁致位移理論模型研究現(xiàn)狀 60
3.1.1 本構耦合模型 60
3.1.2 磁滯建模與控制 61
3.2 基于復數(shù)磁導率的超磁致伸縮電-機轉換器磁致位移模型 64
3.2.1 基于復數(shù)磁導率的磁化模型 64
3.2.2 磁致伸縮模型 70
3.2.3 機械傳動的動力學模型 71
3.3 超磁致伸縮電-機轉換器的特性分析 72
3.3.1 GMA位移測試系統(tǒng) 72
3.3.2 GMA位移輸出的靜態(tài)性能 73
3.3.3 GMA位移輸出的動態(tài)性能 76
3.4 超磁致伸縮電-機轉換器的驅動技術 84
3.4.1 伺服閥用GMA的驅動要求 84
3.4.2 伺服閥用GMA驅動器設計 85
3.4.3 實驗研究 87
3.5 超磁致伸縮電-機轉換器的前饋逆補償控制 88
3.5.1 前饋逆補償控制系統(tǒng)及控制原理 89
3.5.2 GMA的動態(tài)逆模型 90
3.5.3 仿真與實驗 94
3.6 本章小結 98
參考文獻 99
第4章 磁致伸縮電-機轉換器熱損耗與熱致位移控制 103
4.1 熱致位移研究現(xiàn)狀 103
4.1.1 熱損耗研究現(xiàn)狀 103
4.1.2 熱致位移抑制研究現(xiàn)狀 106
4.2 GMA熱功率損耗模型與分析 109
4.2.1 GMA結構及其工作原理 109
4.2.2 熱功率損耗對GMA輸出性能的影響 110
4.2.3 熱功率損耗理論模型與實驗研究 110
4.2.4 降低執(zhí)行器熱功率損耗的方法 117
4.3 基于管式冷卻執(zhí)行器的熱場有限元仿真與分析 122
4.3.1 仿真模型的建立 122
4.3.2 穩(wěn)態(tài)傳熱仿真結果分析 125
4.4 基于腔式冷卻執(zhí)行器的傳熱數(shù)學模型與數(shù)值分析 135
4.4.1 腔式冷卻執(zhí)行器結構及工作原理 135
4.4.2 穩(wěn)態(tài)等效熱阻模型 136
4.4.3 穩(wěn)態(tài)溫度場及熱致位移計算模型 138
4.4.4 理論模型計算 144
4.5 超磁致伸縮電-機轉換器熱致位移控制實驗研究 149
4.5.1 溫控測試實驗平臺的搭建 150
4.5.2 管式冷卻執(zhí)行器溫控實驗結果分析 154
4.5.3 腔式冷卻執(zhí)行器溫控實驗結果分析 157
4.5.4 管式主動冷卻與腔式主動冷卻對比分析 160
4.6 本章小結 161
參考文獻 162
第5章 射流與噴嘴擋板液壓放大器的建模理論 165
5.1 射流與噴嘴擋板液壓放大器理論研究現(xiàn)狀 165
5.1.1 射流液壓放大器 165
5.1.2 噴嘴擋板液壓放大器 166
5.2 射流液壓放大器結構及工作原理 167
5.3 射流液壓放大器通流面積的求取 168
5.3.1 通流面積的線性模型 168
5.3.2 通流面積的非線性模型 171
5.4 射流液壓放大器模型及特性仿真 174
5.4.1 基于節(jié)流理論的射流液壓放大器模型 174
5.4.2 基于動量定理的射流液壓放大器模型 184
5.5 噴嘴擋板液壓放大器的靜態(tài)特性模型 190
5.5.1 單噴嘴擋板閥的模型 190
5.5.2 雙噴嘴擋板閥的模型 193
5.5.3 三噴嘴擋板閥的模型 195
5.5.4 四噴嘴擋板閥的模型 198
5.6 噴嘴擋板液壓放大器參數(shù)設計理論 201
5.6.1 基于最大控制壓力靈敏度的參數(shù)設計理論 201
5.6.2 基于綜合性能最優(yōu)的參數(shù)設計理論 203
5.7 本章小結 213
參考文獻 214
第6章 射流與噴嘴擋板液壓放大器的數(shù)值模擬 217
6.1 射流與噴嘴擋板液壓放大器流場數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀 217
6.1.1 射流液壓放大器 217
6.1.2 噴嘴擋板液壓放大器 217
6.2 射流液壓放大器流場數(shù)值模擬 218
6.2.1 流場數(shù)值模擬的數(shù)學基礎 218
6.2.2 射流液壓放大器流場數(shù)值模擬 219
6.2.3 射流液壓放大器模型的修正 222
6.3 噴嘴擋板液壓放大器的流場建模 223
6.3.1 流場模型建立 223
6.3.2 邊界條件設置 226
6.4 超磁致伸縮四噴嘴擋板閥的流場分析 226
6.4.1 噴嘴區(qū)域的流場分析 226
6.4.2 固定節(jié)流孔-噴嘴區(qū)域的流場分析 237
6.5 本章小結 244
參考文獻 245
第7章 磁致伸縮電液伺服閥理論模型與特性分析 247
7.1 超磁致伸縮射流伺服閥的理論模型 247
7.1.1 模型構成與各環(huán)節(jié)方程 247
7.1.2 超磁致伸縮射流伺服閥的模型 251
7.2 超磁致伸縮射流伺服閥的理論特性 252
7.2.1 超磁致伸縮射流伺服閥的靜態(tài)性能 252
7.2.2 超磁致伸縮射流伺服閥的動態(tài)性能 256
7.3 超磁致伸縮三噴嘴擋板閥數(shù)學模型 261
7.3.1 模型構成與各環(huán)節(jié)方程 261
7.4 超磁致伸縮三噴嘴擋板伺服閥的理論特性 265
7.4.1 模型參數(shù)辨識 265
7.4.2 階躍響應特性 266
7.4.3 正弦響應特性 267
7.5 本章小結 269
參考文獻 270
第8章 磁致伸縮電液伺服閥的實驗研究 271
8.1 超磁致伸縮射流伺服閥實驗研究 271
8.1.1 測試系統(tǒng) 271
8.1.2 誤差來源及分析 273
8.2 超磁致伸縮射流伺服閥的測試 274
8.2.1 靜態(tài)性能測試 274
8.2.2 動態(tài)性能測試 276
8.3 超磁致伸縮射流伺服閥理論模型與實驗結果對比 284
8.3.1 靜態(tài)性能對比 284
8.3.2 動態(tài)性能對比 285
8.4 超磁致伸縮三噴嘴擋板伺服閥特性的實驗研究 289
8.4.1 靜態(tài)特性測試 289
8.4.2 動態(tài)特性測試 292
8.5 本章小結 294
參考文獻 295
第9章 磁致伸縮電液伺服閥研究總結與展望 296
9.1 研究總結 296
9.2 研究展望 300