Análise das características estáticas e dinâmicas do eletro

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 15553 (2023) Citar este artigo

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Neste estudo, investigamos exaustivamente a estrutura e os princípios operacionais da Servo Válvula Eletro-Hidráulica de Pressão Rotativa de Acionamento Direto (RDDPV). Nosso objetivo é estabelecer as equações dinâmicas que governam o motor, a válvula deslizante e o mecanismo de polarização da válvula. Adicionalmente, construímos um modelo matemático para o controlador da servoválvula, garantindo ao mesmo tempo a linearização do modelo do controlador. Além disso, conduzimos uma análise aprofundada das características estáticas da válvula, incluindo linearidade, zona morta, circuito de histerese e desvio de zero. Em relação às características dinâmicas, estabelecemos um modelo matemático dinâmico para a válvula RDDPV. Posteriormente, submetemos a servoválvula à análise com foco na resposta de frequência e resposta dinâmica, utilizando a corrente de controle como entrada e a pressão como saída. Para realizar essas análises, utilizamos o pacote de software SIMULINK do MATLAB, facilitando simulações dinâmicas. Notavelmente, os resultados da simulação mostram a conformidade da válvula com os requisitos do projeto, ressaltando sua adequação para esforços subsequentes de pesquisa e desenvolvimento. Através de nossa investigação rigorosa, oferecemos suporte técnico essencial para os próximos estágios de pesquisa e desenvolvimento da válvula, estabelecendo assim uma base sólida para seu avanço futuro.

A servoválvula de controle de pressão eletro-hidráulica de acionamento direto rotativo (doravante denominada RDDPV) 1,2 converte o movimento rotativo do motor de torque no movimento linear do carretel de potência por meio do mecanismo de acionamento excêntrico, de modo a alterar a relação da área de estrangulamento de as janelas de entrada e retorno de óleo e saída da pressão de carga correspondente; o servocontrole é obtido através do feedback elétrico de circuito fechado da posição do motor e da pressão de saída. Klarecki analisou a influência dos parâmetros do controlador eletrônico nas características dinâmicas do servo sistema eletro-hidráulico3. Com relação a pesquisas relacionadas na China, Songjing et al.4 estudaram o ruído de vibração do motor de torque e, em seu trabalho, a vibração autoexcitada do motor de torque é suprimida pela adição de fluido magnético à folga de trabalho. Atualmente, existem relativamente poucas pesquisas sobre as características dinâmicas da servoválvula de pressão eletro-hidráulica rotativa de acionamento direto.

Em resposta ao imperativo de reduzir ainda mais o tamanho para facilitar a integração em sistemas de servocontrole estreitos, como o controle de motores de aeronaves, esforços contínuos, tanto nacional quanto internacionalmente, têm procurado melhorar as configurações do motor, o movimento da válvula deslizante e as interfaces de acionamento mecânico5. Notavelmente, em 1966, a IBM foi pioneira no motor de bobina de voz6, que posteriormente encontrou aplicação no acionamento direto de válvulas deslizantes hidráulicas por empresas como a Parker. Além disso, a cerâmica piezoelétrica, conhecida por sua alta densidade de energia e saída de força, tem sido progressivamente integrada em válvulas de acionamento direto. Para lidar com os deslocamentos limitados de saída da cerâmica piezoelétrica, Beihang propôs uma estrutura compacta de amplificação de deslocamento hidráulico, melhorando significativamente o curso da válvula deslizante em espaço limitado, aumentando assim a taxa de fluxo de controle e a frequência de resposta da válvula de acionamento direto7.

Outra inovação foi introduzida por um estudo8, propondo uma válvula de acionamento direto do tipo válvula rotativa que reduz efetivamente a força hidrodinâmica durante o movimento do carretel, controlando o tamanho da porta do acelerador através do movimento rotativo da válvula deslizante. Em um desenvolvimento separado, a Universidade de Tecnologia de Zhejiang introduziu uma válvula 2D de resposta rápida, acionada por um motor de passo para girar a válvula deslizante. Os orifícios de alta e baixa pressão, juntamente com ranhuras em espiral no ressalto do carretel, formam uma meia ponte de resistência hidráulica, permitindo o servocontrole preciso da posição horizontal da válvula deslizante9. Atualmente empregada no servocontrole de mísseis, vale ressaltar que o acionamento do carretel da válvula 2D segue a mesma configuração das válvulas tradicionais de dois estágios com a mesma pressão hidráulica. Conseqüentemente, sua frequência de resposta e características zero são suscetíveis a desvios devido a alterações em fatores externos, como pressão e temperatura de fornecimento de óleo.