插装式二维(2D)伺服阀的理论分析与实验研究

针对传统伺服阀导控级和功率级平行放置而无法实现插装的问题，研究了一种新型的插装式二维（2D）伺服阀，其特点在于：先导级和功率级集成在单个具有双自由度的阀芯上；力矩马达与阀芯同轴连接，并安装在阀芯末端。通过力矩马达直接驱动阀芯转动，然后利用伺服螺旋机构放大功率并驱动阀芯直线运动，从而控制输出流量。同时可以采用直线位移传感器（LVDT）进行检测阀芯位移，实现位置闭环控制以提高阀的控制性能。为了探究其开环特性，首先建立力矩马达和2D阀的数学模型，求得其开环传递函数；然后，通过仿真了解关键参数对系统动态响应的影响；最后，进行实验研究，验证该阀设计的可行性。实验表明，在满量程输入的情况下，该阀开环时滞环为5%，分辨率≤ 1%，响应时间为10 ms，动态频响为35 Hz；闭环下性能显著提高。插装式2D伺服阀结构简单，尺寸小，质量轻，响应快和控制精度高，在航空航天及军工领域有广阔的应用前景。