Study of Electromagnetic Hysteresis Characteristic of High Speed on/off Valve and Optimization of Dynamic Response

高速开关阀是数字液压系统的关键控制元件，需要快速响应启闭信号以实现数字液压系统的精准控制。然而，高速开关阀的启闭过程存在不可避免的电磁滞后，延长阀的启闭响应时间。为此，通过多物理场耦合分析及电流-电磁力检测试验，发现驱动电流与输出电磁力之间存在不可忽略且不同于常规B-H磁滞特性的滞后关系，揭示电流-电磁力之间的滞后规律。研究结果表明，磁滞和涡流会阻碍高速开关阀电-机械转换器的充磁和退磁，使得动态开启电流大于静态开启电流，动态关闭电流小于静态关闭电流。而且激励电压越大，动态启闭电流与静态启闭电流之间的差异越大，启闭响应时间越短；启闭初始磁通所产生的电磁力越接近临界启闭电磁力，可在减小动态启闭电流与静态启闭电流之间差异的同时，缩短启闭响应时间。基于此规律，在24 V开启电压和-24 V关闭电压激励下，通过调控开启和关闭阶段的初始电流使其临近静态临界开启电流值1.04 A和静态临界关闭电流值0.52 A，可使开启阶段内的动态开启电流从2.92 A降至2.70 A，并避免在电磁力下降至临界关闭电磁力前出现再充磁现象。基于以上结论所制定的控制策略，经样阀测试后，开启响应时间可达到0.28 ms；关闭响应时间可达到0.32 ms。