压电激振球阀优化及流量控制的研究

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1、硕士论文压电激振球阀的优化及流量控制研究摘要传统的电气比例阀都以比例电磁铁作为驱动器，响应慢、控制精度低、工作带宽窄，而采用强力高速电磁铁驱动，虽然也可以提高其响应速度，但是由于受到电磁力、安装空间、运动惯性的影响，难以进一步提高电磁阀的响应速度，无法满足一些要求更高响应速度的场合。针对传统电磁式比例流量阀的不足，将压电驱动器与气动节流阀的有机结合，研制一种新型压电振子流量控制阀，使其具有快速响应、精确控制等特性，以满足自动化控制的一些新需求已是十分迫切。本文在分析了原有的预紧．限位型数字压电球阀的基础上，改进设计了实验控制系统以

2、及相关机械结构，并在此基础上对小球抛动机制和球阀流量谐振特性进行了详细的理论与试验研究，并对其流量进行比例控制的研究，论文的研究内容主要有：(1)在分析原压电球阀实验控制系统的前提下，研究设计了一套满足快速、高频，高效控制需求的实验控制系统：采用高频信号发生器代替计算机对压电驱动电源进行控制，减少了信号延迟，实现了高频率范围(1—10kHz)的频率连续调节试验，满足了压电球阀快速、高频的控制需求；采用高功率PI压电驱动电源代替了原先的HPV压电驱动电源，在新实验系统下，压电阀的截止压差达到了0．5MPa以上，输出流量也可以达到43

3、L／min。(2)在压电阀的工作性能指标达到了工业运用标准的基础上，对该压电阀在结构功能上进行了相关的优化设计，主要包括：设计了套筒式限位机构，实现了压电阀的任意位置工作功能，使其更能适应各种复杂的工业生产环境；另外还设计了软管引出式通流管路，很好地解决了阀的泄漏问题，泄漏量也由原来的与输出流量相当的数十升每分钟，有效控制到了O．1L／min以下，使新阀在工作性能上较以往有了相当大地提高，进一步完善了压电球阀的工作性能。(3)通过试验研究压电晶体的振动幅值和小球的抛动性能及输出流量与驱动电源频率之间关系，首次发现了压电球阀的谐振特

4、性，即在系统谐振频率(6000Hz左右)下，不论是小球的抛起高度，还是球阀的流量输出都得到突增；另外还建立了压电球阀的动力学模型，从理论上分析了小球高频抛动过程中的运动机制，剖析了压电阀谐振特性的产生机理。(4)基于PWM控制方法，对阀的输出流量分别进行了开环和闭环控制，稳态精度控制在了1L／min以下，验证了PWM控制方法在该阀流量控制上可行性，为后续更高精度的控制方法和控制算法的研究提供了理论依据。综上所述，所研制的压电激振球阀不仅结构原理简单，体积较小，可实现快速大流量输出，并且通过PWM控制方法达到一定的稳态控制精度，验证

5、了激振原理的压电球摘要硕士论文阀比例流量控制的可行性。关键词：压电球阀，高频驱动，谐振特性、PWMⅡ硕士论文预紧．限位型气动数字压电球阔的结构及特性研究AbstractThetraditionalelectricproportionalvalveisgenerallydrivenbytheelectromagneticactuator,withtheslowresponserate，lowcontrolprecisionandthenalTowworkingbandwidth，thistraditionalvalveisalrea

6、dycannotsatisfysomenewdemandsoftheautomationcontrolsystem,especiallyintheoccasionwhichrequireshigh．speedresponse．Althoughthepowerfulhigh—speedsolenoidactuatorcanimprovetheresponseratealittle，becauseoftheelectromagneticforce，installationspaceandtheinertiaeffect,further

7、improvementoftheresponserateoftheelectromagneticactuatorwillbecomemoredifficult．Inviewoftheinsufficiencyofthetraditionalelectricproportionalvalve，itisverynecessarytodesignanewflowcontrolvalvedrivenbypiezoelectricactuatorcombiningwiththepneumaticthrottlevalveorganicall

8、y．Basedontheoriginalpre—tighteninglimiteddigitalpiezoelectricballvalve，onthebasisofanalyzingitsshortcomings，designsmoreperfe