摘 要

本文旨在建立柴油机用高速大流量电磁阀数学模型，主要包括简化后的电路方程模型、磁力分析方程模型、电磁阀衔铁的动力学模型。将数学模型输入Simulink进行仿真运算，得到电流、电磁力、衔铁位移等动态参数的仿真结果。同时在simulink中引入震荡模块，与未加入震荡模块的模型相互比较，分析两种方式的优劣。将仿真结果和母型电磁阀实验数据相比较，在验证模型正确性的基础上通过分析电压、衔铁质量、电磁铁结构等参数，指出下一代电磁阀的改进方向。

关键词 ： 电磁阀 数学模型 Simulink 动态仿真

Abstract

The Paper presents a kind of Mathematical model which suit High-speed Diesel.The submodel show three main part of the Mathematical model,circuitry model,solenoid model,dynamic model.Inputting the Mathematical model into Simulink ,you will be served with the dynamic simulational data which contains electric current,solenoid force,displacement of armature.According to the experimental data of the solenoid valve which has been used,we can get the werificated proof which inherited the experimental data.

Keyword: Solenoid valve Mathematical model Simulink Dynamic simulation

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

年 月 日

目录

Abstract 3

一、绪论 1

1.1本文的背景 1

1.2高速电磁阀的研究现状 2

1.3母型电磁阀结构与工作过程 5

二、柴油机高速电磁阀数学模型及其特性分析 7

2.1高速电磁阀的数学模型 7

2.2高速电磁阀数学模型分析 8

2.1.1电路模块 8

2.1.2磁路模块 9

2.1.3衔铁运动模型方程 10

三、建立柴油机高速电磁阀仿真模型 13

3.1在simulink中建立高速电磁阀的仿真模型 13

3.11电路模块 13

3.1.2磁路模块 14

3.1.3衔铁运动模型 16

3.1.4电磁阀动态特性仿真模型 17

四、仿真模型动态响应及初步问题分析 19

4.1模型输入参数 19

4.2模型仿真电流信号 20

4.3模型仿真电磁力信号 22

4.4模型仿真位移信号及分析 24

五、总结 28

参考文献 30

附录 32

致谢 33

本文的主要研究内容：

本文主要探讨内容是将电磁阀的数学模型输入Simulink这一计算机辅助计算工具中，不仅仅是验证模型的正确性和准确度，更是为电磁阀的性能改进提供研究方向，所做的工作如下：

1、查阅有关电磁阀建模与实验方面的资料，学习相关专业知识，了解电磁阀的国内外研究现状和发展趋势，对相关执行器有一定的认识和了解。

2、根据电磁阀的结构参数和研究内容，建立电磁阀数学模型，主要包括简化电路模型、磁路模型、衔铁运动模型，再将模型输入Simulink中，运行仿真模型得到仿真结果，主要包括励磁电流、电磁力、衔铁运动速度、衔铁位移情况。

3、根据仿真模型的运算结果和母型电磁阀的实验数据，定性分析模型的准确性和精确度，对模型进行进一步的修改和优化

4、借助仿真模型，探讨电磁阀的结构参数对于电磁阀性能的影响，为电磁阀的性能改进提供理论支持和研究方向。

一、绪论

1.1本文的背景

机械电气化与微电子技术的迅速发展，使得人们对综合式电、液、气控制部件提出了更高的要求，不仅是要求其精简陈本获得市场竞争力，还要求其具备很高的性能指标。特别是汽车工业的迅猛发展更加加速了这种需求，如汽车发动机的燃油喷射系统中的控制环节、车轮的防抱死系统（ABS）中的耦合控制部件、自动式离合器的相关控制部件等许多方面都需要使用高性能的电磁阀作为关键的执行器^[8]。而电磁阀作为一种数字式执行器，能够与计算机或者微型运算器进行对接，这大大的提升了对于执行器的控制效率，能够更加精确、快速的控制其执行动作，这使得电磁阀相比较于其他执行器有了更加明显的优势，也使得其应用更加的广泛。

电磁阀是一个由电、磁场、机械、液力进行复杂耦合而得到的执行机械部件，电磁阀利用电磁效应来作为机械控制信号，因此它具有响应速度快、结构简明、动作稳定性好、整体性好等优点。可以通过对控制电路的设计来进行电磁阀动作的控制，所以电磁阀广泛运用于各种流体传动和机械传动控制系统中，而采用微机数字控制方法对由它组成的控制系统进行设计性控制，是目前控制技术领域的一个重要运用方向。

随着二十世纪末全球范围内排放法规的日益严格和柴油机电控燃油喷射技术的高速多元化发展,第三代高压共轨式柴油机以其在排放和燃油经济性等方面的优越性,成为现代柴油机发展的多元趋势之一，电子控制燃油喷射系统已经成为当代柴油机的重要组成部分。而高速电磁阀是电控燃油喷射系统中关键部件之一，无论是电控泵喷嘴、单体泵或者分配泵，还是目前应用较为广泛的高压共轨电控喷油系统，高速电磁阀都是保证它们能正常工作的最关键的部件^[11]。通过研究控制电磁阀的启闭时刻和闭合持续时间等因素来对喷油正时和喷油量进行精确控制，通过研究电磁阀的启闭规律，还可以实现精准控制预喷、后喷，改变了传统喷油泵机械控制方式，实现真正意义上的数字化控制。因此，开展关于高速电磁阀的研究具有十分重要的理论意义和工程应用价值。

目前国内船舶柴油机行业应用电控燃油喷射技术虽有很大进步，但较国外产品而言，还存在较大差距。其中很重要的一环就是自制高速电磁阀无法完全满足柴油机设计要求，在电磁阀响应特性、流通能力以及长寿命、可靠性方面任需要较大的提高，以迎合柴油机性能不断提高的大趋势。

在电磁阀设计与性能研究环节中，建立数学模型并借助计算机软件进行性能与结构仿真是极为重要的一环，这为后续的性能分析、工程实践环节提供必要的理论基础和数据支撑。在建立数学模型仿真电磁阀性能环节中，性能、结构、市场前景都是需要重点考虑的因素，不仅需要参考母型电磁阀的结构参数与性能指标，还需要发现新的问题突破点和旧有问题的改良解法。