压电双晶片驱动式气动伺服阀性能的研究

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1、2011年4月机床与液压Apr．2011第39卷第8期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．39No．8DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．08．016压电双晶片驱动式气动伺服阀性能的研究袁锐波，罗碌，张宗成，何敏，刘森，张鹏，巴少男(昆明理工大学流体控制工程研究所，云南昆明650093)摘要：提出一种压电陶瓷片直接驱动的气动伺服阀，分析该伺服阀的工作原理，并采用解析法建立其动力学模型。分别用Maflab和AMESim软件对其进行仿真分析。仿真结果表明：该伺服阀的频宽为1348Hz，高于传统电磁式伺

2、服阀的；响应时间为2．3ms，比普通电磁阀快10—15倍；其还具有机械结构简单、抗干扰能力强、动态特性好等特点。关键词：压电驱动；气动伺服阀；动态特性；仿真中图分类号：TH138文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)8—066—3StudyonPerformanceofPneumaticServoValveDrivenbyDoublePiezoelectricWaferYUANRuibo，LUOJing，ZHANGZongcheng，HEMin，LIUSen，ZHANGPeng，BAShaonan(KunmingUniversi

3、tyofScienceandTechnology，KunmingYunnan650093，China)Abstract：Akindofpneumaticservovalvedrivenbypiezoelectricceramicwaspropose．Thedynamicmodelofthevalvewasbuiltusinganalyticalapproachandtheworkingprincipleoftheservovalvewasanalyzed．ThesimulationanalysiswascarriedoutbyMatlaband

4、AMESimsoftwarerespectively．SimulationresultsshowthatthevalvehashigherbandwidthandshorterresponsetimethantraditionalelectromagneticseYvovalve．Thestepresponsetimeis2．3msandthebandwidthis1348Hz．Theservovalvehasthead—vantagesofasimplemechanicalstructure，stronganti—interferencean

5、dbetterdynamiccharacteristicsandSOon．Keywords：PZTactuator；Pneumaticservovalve；Dynamicbehavior；Simulation气动技术是实现工业生产自动化和半自动化的方时，滑阀的左右两端就会形成压力差，推动阀芯1运式之一。由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在动，并由位移传感器2检测其位移而产生反馈电高温、振动、腐蚀、易燃、易爆、强磁、辐射等恶劣信号。当阀芯1具有一定位移时，输入信号与反馈信环境下工作，所以气压传动技术的应用Et益广泛。传号相等，压电材料两端的电压

6、信号为零，消除了变统的气动控制阀大量使用电磁铁作为电一机械转换驱形，压电双晶片又回到了两个喷嘴的中间位置，而阀动器，将控制信号转换为机械位移，推动阀芯，实现1则移动了相应的位移，使阀输出流量。通过输入通路的控制，但其存在体积大、功耗大、响应速度慢正负电压就能实现滑阀的双向运动控制。和易受电磁干扰等缺点。近年来，压电驱动器作为一种新型的转换器，在生产上得到应用，其是利用压电晶体的振动转换形成被驱动体所需的运动或动力的一种装置，是一项不同于传统气动阀的技术”。压电晶体产生的位移与输入信号有良好的线性关系，控制方便，产生的驱动力大，功耗低，响应快。将

7、压电材料的逆压电器件取代力矩马达作为电气伺服元件的前置级放大器，可以实现对输出信号的快速、可靠、高精度的控制。1压电双晶片气动伺服阀的工作原理AB压电双晶片气动伺服阀是由PZT材料的双晶片图1压电双晶片气动伺服阀的阀芯运动机构原理图作为伺服阀前置级放大器的挡板。如图1所示。当伺2压电双晶片气动伺服阀数学模型的建立服阀输入电信号时，因阀芯1来不及运动，故加法器由图1可知，基本方程为：输出的偏差信号不为零，其将给压电材料一个电压信(1)双晶片型压电陶瓷的电压与位移方程号，使压电材料变形从而向左或向右偏离中位，此收稿日期：2010—05—24作者简介

8、：袁锐波(1968一)，男，副教授，主要从事电气液比例伺服技术的研究和教学工作。电话：0871—5103546，E—mail：zongcheng886