基于脈動(dòng)消除的壓電泵高精度閉環(huán)控制方法研究.pdf

1、生物試劑高精度的持續(xù)、穩(wěn)定供給是生命科學(xué)、藥物研制等領(lǐng)域不可獲取的實(shí)驗(yàn)操作手段。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,實(shí)驗(yàn)中對(duì)流體持續(xù)輸送提出了更高的要求。壓電泵是微量試劑分配、供給系統(tǒng)中典型的微執(zhí)行部件。它具有體積小、重量輕、響應(yīng)塊、功耗低、無(wú)電磁干擾等優(yōu)點(diǎn),但由于壓電泵是基于機(jī)械原理的驅(qū)動(dòng)方式,導(dǎo)致其輸出流量具有脈動(dòng)且受背壓、驅(qū)動(dòng)頻率等因素的影響,使得壓電泵輸出流量的精度不易控制,因而影響其在高精度要求場(chǎng)合的應(yīng)用。
　　本文首先研究壓電泵的工作

2、機(jī)理,分析其驅(qū)動(dòng)頻率以及背壓對(duì)輸出流量的影響,并分析其工作過(guò)程研究流量脈動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理。在此基礎(chǔ)上提出加入流量傳感器采用閉環(huán)控制的方法提高壓電泵流量控制精度。對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)并分析壓電泵輸出流量的脈動(dòng)以及流量傳感器響應(yīng)頻率對(duì)閉環(huán)控制精度的影響。在分析出影響控制精度的基礎(chǔ)上,本文研制了由薄膜容腔及微通道構(gòu)成的流體濾波器。將濾波器集成到壓電泵與傳感器之間,減小進(jìn)入流量傳感器時(shí)流體流量的脈動(dòng)幅值,提高流量傳感器的檢測(cè)精度進(jìn)而提高閉環(huán)流量控制的

3、精度。對(duì)濾波器的薄膜、微通道進(jìn)行理論分析,建立數(shù)學(xué)模型,并推導(dǎo)出薄膜變形的解析解。利用Comsol軟件建立濾波器的有限元模型,分別對(duì)薄膜變形以及微通道流阻進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,并分析了通道流阻、泵驅(qū)動(dòng)頻率以及薄膜半徑對(duì)濾波效果的影響。設(shè)計(jì)了電壓開(kāi)關(guān)型壓電驅(qū)動(dòng)電路,在固定壓電泵的驅(qū)動(dòng)電壓,控制其驅(qū)動(dòng)頻率的基礎(chǔ)上建立PID控制算法,保證系統(tǒng)具有良好的控制精度。然后在硬件的基礎(chǔ)上以C++語(yǔ)言為編程工具為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件部分,包括手動(dòng)控制模塊、自動(dòng)控制