面向高频大流量电液伺服阀的智能GMA的基础研究

本申请项目针对我国航空航天领域对高频大流量电液伺服阀的技术需求及传统电液伺服阀性能提升的局限，深入系统地开展智能GMA及与其高度集成的新型喷嘴挡板伺服阀的基础研究，构建面向高频大流量喷嘴挡板伺服阀的智能GMA基础理论与技术体系。重点解决多场耦合对智能GMA输出参数作用机制、功能集成型一体化执行器设计理论与复杂特殊环境下智能GMA能量传递与实时调控机制等基础理论问题，建立起智能GMA理论体系，突破智能GMA位移输出精度控制、位移自感知、磁场与温度反馈与控制、GMA驱动与微位移放大机构及液压功率放大器高度集成、高频高精度驱动电源与磁场均匀化设计等关键技术，解决高频大流量喷嘴挡板伺服阀的设计难题，研制出基于智能GMA的新型喷嘴挡板伺服阀样机与试验装备，提升我国高频高速高可靠性电液伺服控制技术水平。

项目背景：电液伺服阀广泛应用于现代飞机操纵与火箭姿态控制等航空航天领域，其频宽与流量一直是制约其性能的主要因素，但高频大流量电液伺服阀所涉及的核心技术一直为发达国家所垄断，如何突破其关键技术是我国液压伺服学术界与航空航天研究机构的难题。以超磁致伸缩材料为代表的智能材料因其大输出力、高频响应和高功率密度等特点为该技术的发展提供了新的机遇。但与此同时，材料本身的磁滞非线性、涡流热与电阻热影响，以及射流型电液伺服阀理论模型的缺乏以及喷嘴挡板型电液伺服阀参数设计理论尚待完善等难题也为该技术发展提出了新的挑战。.主要研究内容：本项目以超磁致伸缩执行器的磁滞非线性模型研究为重点，同时着力于执行器传感与控制技术研究；发展执行器热源计算、传热以及热抑制理论与技术；建立射流型电液伺服阀射流放大理论模型并完善喷嘴挡板型电液伺服阀参数设计理论。.重要结果：（1）建立了基于复数磁导率的新型超磁致伸缩执行器磁滞非线性模型，并应用于执行器逆补偿和闭环控制，模型具有待辨识参数少和易于实现等特点。（2）发展了超磁致伸缩执行器热源、热传递以及热抑制理论模型，为高精度执行器设计提供了保障；（3）发展了射流型电液伺服阀射流电液放大理论模型，将传统该型阀设计与分析手段由实验为主提升至实验理论并重的阶段；（4）提出了不同于传统喷嘴挡板阀参数设计理论的新型设计准则，新准则提升了阀的线性度、响应速度等关键特性。.关键数据：（1）超磁致伸缩伺服阀用伺服放大器输出电流范围±2A，线性度＜3%；阶跃响应的上升时间＜0.5ms，幅频宽＞2kHz；（2）超磁致伸缩伺服阀阀芯位移幅频宽＞600Hz，阶跃响应上升时间＜1.5ms；（3）超磁致伸缩执行器连续工作10小时热位移控制精度达到0.5～3μm，将国内外现有单一主动散热与单一被动热位移补偿控制精度从5微米以上提升到3微米以内，单位生热率控制后热位移精度从1.78×10-4μm /Wm-3缩小到0.27×10-4μm /Wm-3.科学意义：（1）完善了近60年来一直沿用的的传统喷嘴挡板伺服阀最大压力灵敏度为目标的参数设计理论，提出了以伺服阀精度、频响、可靠性以及抗干扰等综合性能最优为目标的参数设计新准则；（2）发展了射流型伺服阀射流电液放大理论模型，弥补了传统射流伺服阀理论缺失；（3）发展了超磁致伸缩执行器热特性分析设计理论，为高精度智能材料驱动执行器设计提供了依据。