[发明专利]双相对置超磁致伸缩自传感力反馈二级伺服阀及控制方法

权利要求书

1.双相对置超磁致伸缩自传感力反馈二级伺服阀，由双相对置超磁致伸缩自传感驱动器、喷嘴—挡板阀前置级和滑阀功率级、DSP单片机控制的实时动态平衡信号分离电路组成，双相对置超磁致伸缩自传感驱动器由壳体(3)和端盖(2)组成的外套、由线圈骨架(7)和调节螺钉(1)组成的内套以及输出组件(10)组成；喷嘴—挡板阀前置级包括柔性铰接挡板(11)、反馈杆(12)、左端喷嘴(22)和右端喷嘴(21)，柔性铰接挡板(11)和反馈杆(12)为一体结构，柔性铰接挡板(11)一端与输出组件(10)相连，并固定在壳体(3)上；滑阀功率级包括阀体(13)、阀套(14)、阀芯(15)，阀芯(15)内置于阀套(14)，阀套(14)固定于阀体(13)内，阀芯通过所述的反馈杆(12)、柔性铰接挡板(11)与输出组件(10)相联系；DSP单片机控制的实时动态平衡分离信号电路包括运放电路IC₁(24)、运放电路IC₂(25)、乘法器(27)、减法器(28)、传感器调理电路(29)、DSP控制电路(26)；运放电路IC₁(24)分别与减法器(28)、传感器调理电路(29)相连；运放电路IC₂(25)分别与乘法器(27)、传感器调理电路(29)相连，乘法器(27)与减法器(28)相连；传感器调理电路(29)通过DSP控制电路(26)与乘法器(27)连接；其特征在于：

一对碟簧(9)套在输出组件(10)上，并置于壳体(3)内的中间位置，两个结构和尺寸完全相同的单超磁致伸缩自传感驱动器通过碟簧(9)对称置于输出组件(10)两侧，形成双相对置结构；

所述的单超磁致伸缩自传感驱动器包括超磁致伸缩棒(4)、驱动线圈(5)、偏置线圈(6)、线圈骨架(7)、微位移放大机构(8)；超磁致伸缩棒(4)置于空心的线圈骨架(7)空心部分，线圈骨架(7)外绕有驱动线圈(5)、驱动线圈(5)外绕有偏置线圈(6)，驱动线圈(5)、偏置线圈(6)、线圈骨架(7)均安装在壳体(3)内；超磁致伸缩棒(4)外侧连接调节螺钉(1)，调节螺钉(1)与端盖(2)通过螺纹连接，超磁致伸缩棒(4)内侧连接微位移放大机构(8)；该微位移放大机构(8)为单自由度圆弧柔性铰链，由上下对称的四连杆机构组成的封闭结构，并通过端盖(2)、线圈骨架(7)和壳体(3)内的凸台固定；

滑阀功率级两端采用静压支承结构，开有左静压工作腔(19)、右静压工作腔(17)，并分别通过左节流孔(20)、右节流孔(18)与进油口Ps连通；阀芯(15)端部与阀套(14)之间存在间隙，左静压工作腔(19)经过左阀芯端部腔(23)与左端喷嘴(22)相通，右静压工作腔(17)经过右阀芯端部腔(16)与右端喷嘴(21)相通，有效的减小了流量损失，并使阀的非线性工作状态得到明显衰减和抑制，同时间隙中所存在的水介质构成喷嘴—挡板阀前置级的固定液阻和阀芯的静压支承。

2.根据权利要求1所述的双相对置超磁致伸缩自传感力反馈二级伺服阀，其特征在于：双相对置超磁致伸缩自传感驱动器的外套由壳体(3)和端盖(2)组成，材料采用热胀系数小于1.23×10^-7的不锈殷钢材料，内套由线圈骨架(7)和调节螺钉(1)组成，材料采用导磁率小于1.03的不锈钢，形成双套热补偿机构；滑阀功率级的阀体(13)采用不锈钢材料，所有接触面都采用耐水O型密封圈，螺钉内涂密封胶，使双相对置超磁致伸缩自传感驱动器和滑阀功率级具有电气防水功能；阀套(14)采用整体陶瓷材料。

3.应用权利要求1所述的一种双相对置超磁致伸缩自传感力反馈二级伺服阀的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先检查输出组件(10)是否对中，如果不满足旋转调节螺钉(1)进行调节，偏置线圈(6)中输入直流电，并保证超磁致伸缩棒(4)工作在选择好的静态压力状态下，即使超磁致伸缩棒(4)工作在线性区域；

一侧单超磁致伸缩自传感驱动器的驱动线圈(5)中通入交流电i，产生变化的磁场使超磁致伸缩棒(4)被磁化，发生长度的变化，推动微位移放大机构(8)，实现输出位移的放大和传递，再通过碟簧(9)在输出组件(10)输出向右的位移x_d和力F_d；输出组件(10)的偏移使柔性铰接挡板(11)产生弹性变形，形成一个与输出力F_d方向相反的恢复力F_b1；通入交流电i越大，输出力F_d越大，柔性铰接挡板(11)的变形也越大，其恢复力F_b1也就越大；当输出组件(10)偏移位移x_d时，恢复力F_b1与输出力F_d达到平衡时，输出组件(10)停止偏移，并保持在此位移上；

当阀芯(15)还处于中间平衡位置时，如输出组件(10)已在控制电流i作用下发生位移x_d而阀芯(15)还处于原静止不动状态，则将使反馈杆(12)产生弹性变形量，产生的恢复力F_b2；当输出组件(10)偏移x_d时，柔性铰接挡板(11)从右端喷嘴(21)与左端喷嘴(22)之间的中间位置偏移x_f距离，在右喷嘴(21)和左喷嘴(22)前腔中便形成压力差P_c；阀芯(15)在压力差P_c的作用下向左偏移，并带动反馈杆(12)端点移动，使反馈杆(12)变形继续增加；同时反馈杆(12)端部的左移又使柔性铰接挡板(11)被部分地拉回中位，起到一定的负反馈作用，反馈杆(12)所产生的恢复力F_b2因其变形的增加而有所加大；当反馈杆(12)恢复力F_b2与柔性铰接挡板(11)恢复力F_b1加在一起与控制电流i产生的输出力F_d达到平衡，且反馈杆(12)变形对阀芯(15)的反作用力与阀芯(15)两端工作介质的作用力也相平衡时，阀芯(15)便停止移动并保持偏移x距离；阀芯(15)偏移x就能输出对应的负载压力为P_i和负载流量为Q_i的工作介质去驱动执行元件；断电时，输出组件(10)能够在碟簧(9)所产生的相同作用力下自动处于中位；而柔性铰接挡板(11)、反馈杆(12)和阀芯(15)在柔性铰接挡板(11)和反馈杆(12)变形恢复力的作用下，重新回到中间平衡位置，输出的P_i和Q_i也就为零了，实现伺服阀阀芯(15)自行回中；

同时，利用超磁致伸缩棒(4)的自传感检测功能，另一侧单超磁致伸缩自传感驱动器的驱动线圈(5)连接运放电路IC₁(24)，旁路参考电感L₂连接运放电路IC₂(25)，参考支路输出端电压V₂经传感器调理电路(29)、DSP控制电路(26)输出电压V_dsp，以消除驱动控制信号、中间传递信号，输出电压V_dsp经乘法器(27)与驱动电路输出端电压V₂共同作用在减法器(28)上，当DSP控制电路(26)输出的电压V_dsp等于R₁L₁/R₂L₂时，减法器(28)的输出项V_out就是自传感反馈信号，并反馈到输入电流，形成闭环控制。