摘要：电液伺服系统以传递功率大、响应速度快、控制精度高等特点,在航空、航天、船舶等国防工业领域占有举足轻重的地位。作为电液伺服控制系统中的核心部件,精密电液伺服阀机械结构复杂、精密度高,其自身稳定性、可靠性和快速性很大程度上决定了电液伺服系统的控制性能,甚至影响到航空航天飞行任务的成败。当进行启闭控制动作时,电液伺服系统内部流体激振常常产生自激现象,导致力矩马达及活塞产生较大的振动幅值,严重影响其正常工作特性甚至使用寿命。本文以某型航天用精密双喷嘴挡板电液伺服阀为研究对象,对电液伺服阀的流固耦合振动特性、诱发机理以及对整个系统控制的影响规律进行深入研究,以便构造合理的基础模型,进一步完善电液伺服阀基础理论体系,最后获取相应的控制措施来减小或抑制耦合振动。本文首先阐述本课题的研究背景,总结了国内外学者在流固耦合振动特性、研究方法、电液伺服系统振动的研究概况以及振动控制等方面的研究成果,分析并提出了流固耦合振动分析及控制中的关键问题,明确本文的研究方向、目的及意义,最后确定本文研究的技术路线。根据阀控电液伺服控制系统的基本工作原理,对电液伺服阀的静动态特性进行了深入分析,建立了双喷嘴挡板伺服阀的非线性数学模型,同时根据非线性微分控制理论,通过非线性状态反馈变换,将系统进行输入／输出线性化,并在此基础上对系统的零动态稳定性进行了深入分析。相较于基于工作点的基础增量线性化方法而言,所建的线性化数学模型将为分析流固耦合振动现象以及振动控制提供理论基础,新模型将更接近实际控制系统。伺服阀自激是由系统的非恒定流动引起,是流动参数阶跃变化时的动态过渡过程。电液伺服阀以喷嘴挡板为前置级驱动结构,其内部喷嘴射流流动速度快、剪切流动强、析出气穴多,流体激振引起的耦合振动往往造成伺服阀工作中产生高频啸叫。在本文中,结合流体力学的基本理论,以非线性电液伺服阀模型为基础,建立了喷嘴挡板间射流流场模型。同时通过现场试验,获取电液伺服阀射流流场的真实流动参数,最终给出前置级射流压力脉动、结构参数与高频自激振动三者之间的内在联系。伺服阀滑阀副组件作为伺服阀二级放大结构,流体通过阀口高速流入相对缓慢的阀腔流场中,形成具有较大速度梯度的自由剪切层,剪切分离处的微小扰动在传播过程中受剪切层不稳定性影响形成放大,并递经上下游壁反射诱发新的扰动,形成自激振动。本文采用流体振荡理论及流体行为方程数值方法,将流经管道的流体作为非线性参数系统,计算出各处的阀或者执行元件,当作流体运动的边界条件,计算了稳定界限,获得了方程组的精确解,最后基于其结构特点和工作特性的分析,提出了一种流固耦合半解析式数学模型。为了深入研究液压系统的运动状态和各项参数的分布规律,根据液压系统运动的实际情况和运动过程,以一维流体瞬变理论为基础,考虑油液压缩性对油液动量的改变,采用特征线分析方法,利用有限差分格式,对伺服阀控液压管路关机水击的进行数值分析,同时通过实验研究获取其管路动态特性,结果分析表明,该动态模型可以较好的描述管路系统的瞬变特性。最后通过研发电液伺服自激特性研究试验台,对其静动态以及流固耦合振动特性进行了实验研究。结果表明,通过输入/输出线性化理论所建立的数学模型,可以有效地判别系统稳定性,同时获取输入电流与阀芯输出位移的关系；利用流固耦合振动模型,可以有效地解释伺服阀高频自激原理,通过实验采集及数据分析得到的伺服阀自激频率及幅值变化趋势与计算结果基本一致,验证了耦合振动模型的准确性；同时通过优化Logistic方程曲线得到阀的优化启闭规律,有效的降低了电液伺服阀油液振动幅值,验证了控制措施的有效性。