随着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优越性,成为现代柴油机发展的多元趋势之一。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，还是目前研究较为热门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。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。

通过自己亲身参与基于Simulink喷油控制用电磁阀动态响应仿真研究这一课题，会让我对柴油机控制自动化有更加深刻的认识和了解，同样也是对我理论知识的一次考验。在建立电磁阀基本磁路模型、力学模型后，依靠母型电磁阀工作性能，借助Simulink中相应的仿真模块检验自己模型的可靠性，并在后续的工作中持续进行模型的修正和数据的更新，为电磁阀的设计提供理论支撑。学习并完成电磁阀数学模型的建立会提升我对于电磁阀的理论认识水平，而对于Simulink相关模型块的运用，会对我以后的学习与工作有很大的帮助。

从二十一世纪初开始，国内许多高校和研究机构便开始对电磁阀仿真研究投入大量精力，近期主要成果简介如下：2014年中国一汽无锡油泵油嘴研究所陆玲亚等人利用电磁有限元分析软件Ansoft Maxwell对自动变速器上应用的电磁阀模型进行仿真计算,得到了开启过程的仿真动态特线。通过相应的台架动态实验,得到电磁阀开启过程的电流变化曲线，模拟结果可靠度高、适应性好。2013年南京理工大学甄建斌等借助ITI-SimulationX仿真软件建立了气体介质的低速电磁阀模型，对低速电磁阀的衔铁初始气隙距离、主阀芯出口气流通径、衔铁内腔小孔直径和主阀芯中间小孔直径4个结构参数对系统工作性能进行了仿真计算与分析。2013年北京控制工程研究所姜华等人根据电磁阀空载试验结果和电磁阀数学模型,对影响电磁阀响应时间的因素进行了分析.利用有限元分析方法和磁路分析法分别建立了拍合式电磁阀的仿真模型,用两种模型计算出不同弹簧刚度、弹簧预变形、衔铁质量等因素下电磁阀的动态响应特性,两种仿真计算结果和试验进行了对比,结果基本一致。2013年李春青等人利用GT-Suite软件建立电控柴油机电磁阀的仿真模型,分析不同驱动电流与电磁阀弹簧预紧力对电磁阀开启与关闭响应特性的影响规律,最终确定起动电流30A、维持电流10A的电磁阀驱动电流组合和电磁阀弹簧预紧力45N的最佳研究方案。2016年西北工业大学杨亦婷等人利用Matlab Simulink软件对电磁阀进行了动态过程仿真，验证了电磁阀主要参数对动态响应特性的影响。2015年北车与大连理工合作,采用Ansoft Maxwell软件建立了电磁阀的二维电磁场有限元仿真模型,计算电磁阀开启过程的动态响应特性,得到了其工作电流曲线等各种动态特性曲线，进行变参数化设计,进一步研究了初始间隙、驱动电压、线圈匝数等参数对电磁阀开启过程动态响应特性的影响。

同国内相比，国外早在上个世纪六十年代便开始进行电磁阀的数学分析和仿真建模研究，其领先于国内水平主要体现在两个方面。第一，各实验室和厂家根据自己产品特点和要求自行开发专业建模仿真软件，且仿真软件之间有着极大的互通性，易于整体系统分析，如AVL公司基于Labview开发的L-SP，西门子在Maxwell中加入了自行设计的电磁阀模块，这些模块软件专业性强、适应性好，但是不对外部开放。另一方面在于电磁阀的结构仿真实验的大量进行，具有代表性的是总结出了一大批适合于不同功能、不同结果电磁阀的经验、半经验公式。如Wylie等人做的关于电磁阀喷射中压力波、空穴作用等现象的经验推导公式，Schwarzmüller等人在电磁阀喷射试验方法上做出的一系列改进和推断。

2. 研究的基本内容与方案

基于母型电磁阀的技术现状，建立电磁阀数学方程、电、磁、运动模型，借助MATLABSimulink实现电磁阀模型的动态响应仿真计算，为后续的性能改进和工程实践提供必要的理论基础和数据模板。

借助大学物理、自动化控制、高等数学等课程中的磁路、力学、系统自动化、相关知识，建立电磁阀的磁路模型与力学模型的数学方程。以母型电磁阀实验数据为性能参考，在Simulink中建立仿真模型并进行运算，得到结果以作为后续环节的参考数据。

2.31 建立数学模型：电磁阀干阀的数学方程包括电路方程磁路方程和运动方程， 这三者是有机联系的。为了使电磁阀的响应速度加快，电磁阀驱动时初步设想使用高电压驱动方式，根据驱动电路实际情况计算时将其等效简化处理即可得其基本的电路方程。因电磁铁铁磁材料的磁导率很大，故可近似认为系统的磁能集中在间隙中即忽略边缘效应，故可用磁通法建立磁路方程。类似，参考母型电磁阀基本结构参数可建立运动方程。