基于压电比例阀驱动的精密气缸的研究

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1、2010年1月机床与液压Jan．2010第38卷第1期MACHINET0OL&HYDRAULICSVo1．38No．1IN)I：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．01．002基于压电比例阀驱动的精密气缸的研究董云峰，曲兴田，董景石，赵宏伟(1．吉林建筑工程学院，吉林长春130020；2．吉林大学，吉林长春130022)摘要：利用压电陶瓷的压电效应，研究了压电驱动式电气比例阀的动态性能，设计了气缸准确定位的测控系统，确定气缸准确定位的测控方法；测试了精密驱动气缸的位移和负载，绘出了气缸的位移一时间、负载一时间的特性曲线。关键词：压电效应；压电叠堆；比例阀；精密驱动

2、气缸中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)1—004—3ResearchonAccurateAirCylinderDrivenbyPiezoelectricityProportionValveDONGYunfeng，QUXingtian，DONGJingshi，ZHAOHongwei(1．JilinInstituteofArchitectureandCivilEngineering，ChangehunJilin130020，China；2．JilinUniversity，ChangchunJilin130022，China)Abstract：Thed

3、ynamicperformanceofelectricproportionvalvedrivenbypiezoelectricitywasstudiedbasedonthepiezoelectrici-tyefectofpiezoelectricitychina．Thetestingandcontrollingsystemoftheaircylinderaccuratelocalizationwasdesignedandthemeth-odoftestingandcontrollingwasdiscussed．Thedisplacementandloadoftheaccurateairc

4、ylinderweremeasured．andthecharacter-isticcurvesofdisplacement—timeandload—timeoftheaircylinderweredrawn．Keywords：Piezoelectricityefect；Multilayerpiezoelectricactuators；Proportionvalve；Accuratelydrivenaircylinder0引言压电叠堆(MultilayerPiezoelectricActuators)是气压伺服可以实现能量传递、转换、分配及有效利用单片压电陶瓷电场作用下的直接伸长变形，再通

5、控制。气动系统因其节能、无污染、结构简单、价格过多层叠加使总的变形达到一个较大的数值。低廉、高速、高效、工作可靠、寿命长、适应温度范压电叠堆具有承载力大、响应快、位移可重复性围广、工作介质具有防燃、防爆、防电磁干扰等一系好、体积效率高以及电场控制相对简单等优点。谐振列的优点而得到迅速发展。位移驱动器是利用压电体在谐振状态下的位移变形来在电气伺服控制系统中，其核心元件是电气比例形成驱动能力的。当将施加在压电体上的交变电场的阀。电气比例阀的主要作用是用于连接系统的电气一频率调整到与驱动器固有频率相一致时，压电振子产机械部分，将输入的小功率电信号通过放大转变为控生强烈的振动，其数值高出原有振动

6、位移的几十倍乃制阀芯运动的电压或电流信号，通过阀芯的运动又可至上百倍，利用此谐振状态下的位移变形进行位移输以控制气压执行机构的流量与压力，从而实现对执行出。机构的控制。因此，电气比例阀性能的好坏直接影响1气缸精确定位的测控系统构建到整个系统性能的优劣。常规的电气比例阀无法实现气缸精确定位的测控系统如图1所示，利用电磁精密控制，利用压电叠堆作为动力源，研究制作了一气动比例阀和压电式电气比例阀分别进行控制，反馈种新的电器比例阀，即压电式电气比例阀，能较好地控制系统是以压力传感器和位移传感器的输入信号与解决小流量下执行机构运动的控制问题，实现气缸的所期望的位移和压力的值作比较。设计了压力传感器

7、精密定位。信号处理电路、位移传感器信号处理电路、A／D转控制系统是利用压缩气体作为动力源，在数据采换电路、信号转换控制器、D／A转换电路、电磁比集卡和自行设计的压电驱动式电气比例阀的闭环控制例阀控制器、压电比例阀控制器等几部分。并采用了下，通过光栅尺和力传感器的反馈，实现气压缸的快电磁比例阀和设计的压电比例阀并联的方式，使得活速驱动与准确定位，精度可达到±0．001mm。塞杆在气压缸中能够快速准确的定位，并使得负载能在精密驱动机构中