直驅(qū)噴油器中壓電執(zhí)行器的遲滯非線性特征研究.pdf

1、基于壓電執(zhí)行器直接驅(qū)動(dòng)的電控噴油器能有效地實(shí)現(xiàn)高壓燃油的精確噴射，對于大幅提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率、降低運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲、減少有害物排放具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。與此同時(shí)，壓電陶瓷材料作為一種特殊的多晶鐵電材料，其本身獨(dú)有的遲滯非線性特征及依賴于負(fù)載加載頻率和偏置應(yīng)力的動(dòng)力學(xué)行為也給壓電執(zhí)行器的建模與控制帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
　　本文基于壓電直驅(qū)噴油這一工程應(yīng)用背景，對壓電陶瓷內(nèi)部的電疇結(jié)構(gòu)及極化翻轉(zhuǎn)過程進(jìn)行了深入分析，并從電疇的極化翻轉(zhuǎn)角度給出了遲

2、滯非線性的形成機(jī)理。結(jié)合現(xiàn)有遲滯模型的優(yōu)缺點(diǎn)以及工程控制領(lǐng)域的實(shí)際需求，本文提出了一種基于朗道相變理論的動(dòng)態(tài)微分方程模型，旨在為基于模型的控制算法設(shè)計(jì)提供理論支持。本文通過構(gòu)建一個(gè)非凸本構(gòu)關(guān)系，并通過非凸本構(gòu)關(guān)系在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中引入分岔，成功實(shí)現(xiàn)了對遲滯非線性行為及其對偏置應(yīng)力和加載頻率依賴性的模擬。主要內(nèi)容概括如下:
　　第一章，主要介紹了論文的研究背景與研究意義，詳細(xì)說明了當(dāng)前壓電噴油器的優(yōu)勢以及技術(shù)瓶頸所在，分別介紹了當(dāng)前國內(nèi)

3、外的主流壓電噴油器產(chǎn)品及研究成果。最后引出本文的研究目標(biāo)，即建立一個(gè)用于描述壓電陶瓷遲滯非線性行為，且適用于工程控制的模型。
　　第二章，本章詳細(xì)介紹了壓電陶瓷材料的遲滯非線性特征及其形成機(jī)理。簡要闡明了壓電陶瓷材料中壓電效應(yīng)、電致伸縮效應(yīng)以及鐵電效應(yīng)之間的區(qū)別與聯(lián)系。并從材料的微觀層面深入分析了自發(fā)極化、電疇結(jié)構(gòu)及其重定向過程，從電疇的極化翻轉(zhuǎn)角度給出了遲滯非線性的成因及其特點(diǎn)。簡單介紹了當(dāng)前應(yīng)用與研究較多的各類遲滯非線性模型，

4、并對比分析了各個(gè)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，為之后的研究分析及模型的建立打下理論基礎(chǔ)。
　　第三章，本章以朗道相變理論為基礎(chǔ)，建立起一個(gè)耦合的非線性常微分方程模型。通過非凸本構(gòu)關(guān)系引入動(dòng)力學(xué)分岔，實(shí)現(xiàn)對壓電單晶遲滯非線性行為的準(zhǔn)確描述。在單晶模型基礎(chǔ)上，本文基于多晶材料的物理屬性，通過引入電疇分布的權(quán)重函數(shù)構(gòu)建了多晶耦合模型。最后，本章系統(tǒng)地給出了單晶模型與多晶模型的參數(shù)辨識(shí)策略，即基于最小平方誤差的參數(shù)辨識(shí)過程。
　　第四章，本章在模型