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第41卷,总第242期2023年11月,第6期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.41,Sum.No.242Nov.2023,No.6 呼吸机用电磁比例阀内振动特性数值模拟研究高贵锋1,李 悦2,王双卫1,罗 磊2,杜 巍2(1.深圳市安保科技有限公司,广东 深圳 518100;2.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001)摘 要:作为呼吸机内的核心部件之一,电磁比例阀内的振动问题不可忽视。
本文通过CFD 方法首先探究了稳态条件下不同开度和质量流量对时均激振力大小的影响,其次对本文探究的电磁比例阀的固有频率进行了计算,最后对大时均激振力工况的瞬时激振力进行了计算并通过避开率对不同工况下呼吸机的安全性进行了评估。
研究结果表明,在本文探究工况内,呼吸机的激振力对固有频率和公频的避开率均大于10%,符合规定。
关键词:呼吸机;电磁比例阀;振动特性;激振力;频域分析中图分类号:TH137.52 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2023)06-0507-05 Numerical Investigation of Vibration Characteristics in ElectromagneticProportional Valve for VentilatorGAO Gui-feng1,LI Yue2,WANG Shuang-wei1,LUO Lei2,DU Wei2 (1.Shenzhen Security Technology Co.,Ltd.,Shenzhen518100,China;2.School of Energy Scienceand Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China)Abstract:As one of the core components in the ventilator,the vibration problem in the electromagnetic proportional valve should not be ignored.Firstly,the CFD method is used to explore the influence of o⁃penings and mass flux on the time-averaged exciting force under steady-state conditions herein.Sec⁃ondly,the natural frequency of the electromagnetic proportional valve is calculated.Finally,the instanta⁃neous exciting force under the condition of a large time-averaged exciting force is calculated.Moreover, the safety of the ventilator under different working conditions is evaluated by avoidance rate.The results show that the avoidance rate of the exciting force to the natural frequency and common frequency is grea⁃ter than10%,which is in line with the regulations.Key words:ventilator;electromagnetic proportional valve;vibration characteristics;exciting force;fre⁃quency domain analysis收稿日期 2023-11-01 修订稿日期 2023-12-01基金项目:哈尔滨工业大学交叉科学基金(IR2021220);深圳市技术攻关重点项目(JSGG20201103153805015);国家重点研发计划课题(2021YFC0122402)作者简介:高贵锋(1987~),男,工学学士,高级工程师,从事医疗器械核心部件泵阀等工作。
柴油机电控单体泵高速电磁阀驱动设计
吕科;罗永革;张光德;刘转民;石振东;姚胜华
【期刊名称】《湖北汽车工业学院学报》
【年(卷),期】2011(025)004
【摘要】介绍了柴油机电控单体泵高速电磁阀工作原理及其特点,基于Matlab Simulink对其驱动控制方式进行了仿真分析,给出了单体泵高速电磁阀控制的关键技术.结合分析结果通过对其驱动电路进行了设计,实现了单体泵电磁阀的快速开启与截止,从而精确控制喷油量.
【总页数】4页(P8-10,27)
【作者】吕科;罗永革;张光德;刘转民;石振东;姚胜华
【作者单位】武汉科技大学,湖北武汉430081;湖北汽车工业学院,湖北十堰442002;武汉科技大学,湖北武汉430081;东风汽车公司技术中心,湖北武汉430058;湖北汽车工业学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院,湖北十堰442002
【正文语种】中文
【中图分类】TK421
【相关文献】
1.电控单体泵高速电磁阀多目标优化分析 [J], 张建宇;范立云;袁航
2.船用柴油机电控喷油器高速电磁阀耐久性研究 [J], 金江善;方文超
3.柴油机电控单体泵高速电磁阀动态响应特性的影响因素分析 [J], 范立云;刘鹏;马
修真;宋恩哲;白云
4.电控单体泵高速电磁阀电磁力的影响参数量化分析 [J], 范立云;高明春;马修真;石勇;孙军
5.电控单体泵高速电磁阀电磁力关键影响因素 [J], 范立云;高明春;马修真;李文辉;石勇
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永磁同步电机WOA-PI优化控制
瓮硕;王阳;葛平淑
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2024(37)2
【摘要】永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)由于具有高效率、结构紧凑、高精度控制等特点,广泛应用于新能源汽车、家用电器、工业设备等领域。
但电机运行时会受温度、电流、磁场等影响,导致抗干扰能力不高与动态响应差。
为了提高PMSM转速跟踪能力与平稳性,设计一种基于鲸鱼优化算法(WOA)的永磁同步电机PI控制器。
在Simulink中建立PMSM模型,以PI速度环为基础,分别使用传统PI控制与WOA-PI控制。
通过仿真对比,在电机空载启动与转速信号变化的情况下,WOA-PI具有更好的稳定性与响应性。
【总页数】3页(P81-83)
【作者】瓮硕;王阳;葛平淑
【作者单位】大连民族大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.永磁同步电机控制系统控制器参数的优化设计
2.一种自抗扰控制的永磁同步电机控制系统优化策略研究
3.永磁同步电机的中低速MTPA控制及矢量控制优化
4.基
于粒子群优化模糊控制器永磁同步电机控制5.永磁同步电机伺服控制(连载之三)模糊逻辑速度控制基于自适应调节的性能优化
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高速数字电磁阀的控制研究
王忠阳
发表时间：
2019-06-11T17:18:42.193Z 来源：《电力设备》2019年第3期 作者： 王忠阳
[导读] 摘要：高速数字电磁阀是航空发动机实现电子控制的一个关键部件，微处理器就是通过控制它来控制喷油的开始及持续时间。
（陕煤集团神南产业发展有限公司 陕西神木 719300）
摘要：高速数字电磁阀是航空发动机实现电子控制的一个关键部件，微处理器就是通过控制它来控制喷油的开始及持续时间。如何能
精确地来控制电磁阀的开闭，直接影响着整个系统的性能指标。在高压共轨燃油喷射系统中，由于每次的喷射时间很短，所以要求电磁阀
中的电磁铁必须在很短时间内迅速动作，即产生强大的电磁力来克服弹簧的拉力。为满足这一要求，除了电磁阀本身的设计外，还需要有
一个有效的驱动控制装置。控制装置对被控对象可进行实时控制。控制系统采用了斩波恒流的设计思想。实验结果在功能上达到了设计指
标。在开环控制、电磁阀控制、步进电机控制、试验器和发动机地面试车有一定的参考价值。
关键词：PWM；模拟电子；斩波恒流；开环控制；数字快速电磁阀
一、概述
军用航空、舰船发动机控制系统的控制方式正从机械液压式向全权限数字控制方式发展，为提高电子控制器的可靠性，保证发动机在
执行任务中绝对可靠的工作，就必须保证控制系统的可靠性和稳定性。在现行的军用航空、舰船发动机控制系统中，数字高速电磁阀的控
制是单片机（下面简称为
MCU）去控制的，这种控制方式虽然可以满足工作需要，但是由于我国的电子基础工业还比较落后，目前我国还
无法生产出满足军品需求的军品级
MCU，选择军品级MCU就得从国外购买。
由于一些国家对我国进行技术封锁，从国外购买军品级MCU非常困难，甚至根本买不到，为保证国防装备建设有保障，我们试图从工
业级的
MCU中经过高低温处理筛选出符合军品使用的MCU，然而这样筛选出的MCU并没有绝对把握保证其工作性能的稳定性和可靠性。
正是这个原因，在我国军用航空、舰船发动机控制系统的设计中，往往避开使用数字高速电磁阀，或者最好不用，能用其他控制方式替换
的就用其他方式替换（如在目前的军用航空、舰船发动机控制系统中，对流量或压力的控制，一般会选用电液伺服阀作为控制流量或压力
的执行机构，而不会选择数字高速电磁阀作为控制流量或压力的执行机构），或者仅仅把数字高速电磁阀当作开关阀使用。如在某温度限
制器，就用非脉宽调制电磁铁和分油活门组成一个温度限制控制系统，而这个温度限制系统抗污染能力差，要求机械加工精度很高、要求
燃油清洁度较高、调试非常困难。
二、高速数字电磁阀的控制研究
如果用军品级MCU或本模拟电路控制装置和数字高速电磁阀组成温度限制控制系统，去控制燃油流量，也可以完全实现温度限制的目
的，而且本系统要求机械加工精度不高、抗污染能力强、调试简单方便、体积相对较轻、维修方便等特点。在目前的军机上使用的数字高
速电磁阀大多是作为开关阀使用的，而把数字高速电磁阀作为开关阀使用，所要求的控制电路相对比较简单，不需要进行复杂的算术运
算，所以就不需要军品级的
MCU来控制数字高速电磁阀。另外使用MCU去控制数字高速电磁阀也有以下不足之处：①相对于模拟电路控
制，运行速度和控制速度比模拟控制方式的慢；②相对于模拟电路控制，抗干扰能力比用模拟模拟控制方式的要差；③在和其他的系统构
成闭环控制方式中，会对其他系统的运行产生影响，降低了整个系统的运行速度；④最重要的是我国目前还不能生产出满足军品等级的
MCU
。
当前使用的数字高速电磁阀控制系统，除了用MCU控制外，还有通过控制输入直流模拟信号的大小控制数字高速电磁阀工作的占空
比、不能加入
3～5 kHz高频载波（高频载波应该由一个脉宽大于数字高速电磁阀开启时间再加上一个3～5 KHz的频率构成，如果高频载波
只有
3～5 kHz的频率载波，数字高速电磁阀将会出现工作不正常的情况）的模拟集成电路控制装置，用这个模拟集成电路产生的脉宽调制
信号去控制数字高速电磁阀，因为没有
3～5 kHz的高频载波，每次数字高速电磁阀的启动和停止就必须克服动摩擦和静摩擦，所以会给数
字高速电磁阀产生很大的滞环或出现阀芯卡死现象，没有高频载波，还可能使数字高速电磁阀的驱动管的温度过高而损坏驱动管，另外还
增加了整个系统的无用功耗。
为解决用MCU控制数字高速电磁阀所带来了的缺点，同时还解决在控制数字高速电磁阀中，必须要加入高频载波的这一特点。可以用
驱动电路：它具有高可靠性、结构简单、调试方便、体积较轻、维修方便、自由选择是否加入高频载波等特点；在降低整个系统的无用功
耗、提高数字高速电磁阀的运动可靠性、减小滞环、提高数字高速电磁阀的稳定性有显著的作用；还为军用航空、舰船发动机控制系统中
选用数字高速电磁阀作为执行机构提供了保证。本控制装置还增加了能接收
0mA～170mA的电流信号的电路；当电流小于60mA时，输出
的占空比为
0%，当电流信号为60mA～170mA时，输出的占空比为0%～100%线性对应，当电流信号大于170mA时，输出的占空比为
100%
，这为我国目前某型航空发动机控制系统的限温系统中选用数字高速电磁阀来直接控制燃油流量提供了技术保证，也打破了西方国家
对我国在军用电磁阀控制技术的垄断。另外它还可以用于控制开关型电磁阀，直接作为开关阀的控制装置。
本电路的功能能否实现，三角波能否稳定工作是一个关键的因素。在三角波设计时，还应该注意三角波上升沿和下降沿是否对称，应
该注意三角波发生器中电阻和电容的取值大小和精度，最好选择用精密电阻和精密电容；因为三角波的频率决定了
PWM的输出频率。另外
还应该注意所有电子元器件的温漂现象。要考虑到电子元器件随着温度的升高电阻值增大随着温度降低而减小的物理现象，特别是要考虑
当输入信号为电流信号的情况，应该考虑电流转换为电压的转换电阻的大小和使用环境的关系，如果控制装置的使用环境的温度过低，应
当把转换电阻适当增加，如果控制装置的使用环境的温度过高，应当把转换电阻适当减小。这样才能保证输出的占空比在
0%～100%的范
围内。
结语：高速数字电磁阀也叫高速开关阀、高速电磁开关阀。是很多控制系统的关键执行元件，在电控柴油喷射系统，无凸轮电控液压
驱动气门系统上都需要具有大流量，快速响应的开关电磁阀
.它通过接受电子控制单元的控制信号实现快速的启闭，额定流量和动作时间是
衡量电磁阀的重要指标，其直接影响系统的稳定性和可控性，电磁阀的额定流量越大，响应时间越快，系统的控制精度和稳定性越好
.
参考文献：
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邹开凤，陈友龙.高速数字电磁阀响应特性的研究[J].海军航空工程学院学报，2015，20（06）：672-675.
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陈林，刘磊，杨福源，等.柴油机燃油系统电磁阀闭合始点及反馈控制策略[J].机械工程学报，2010，46（18）：108-114.
[3]
宋军，黄建平，李孝禄，等.柴油机高速电磁阀驱动特性仿真分析[J].车用发动机，2015，59（05）：94-98.
[4]
连长震，李建秋，周明，等.电控燃油喷射用高速电磁阀驱动方式研究[J].汽车工程，2012（04）：310-313.
