壓電激振球閥的優(yōu)化及流量控制研究.pdf

1、傳統(tǒng)的電氣比例閥都以比例電磁鐵作為驅(qū)動(dòng)器，響應(yīng)慢、控制精度低、工作帶寬窄，而采用強(qiáng)力高速電磁鐵驅(qū)動(dòng)，雖然也可以提高其響應(yīng)速度，但是由于受到電磁力、安裝空間、運(yùn)動(dòng)慣性的影響，難以進(jìn)一步提高電磁閥的響應(yīng)速度，無法滿足一些要求更高響應(yīng)速度的場(chǎng)合。針對(duì)傳統(tǒng)電磁式比例流量閥的不足，將壓電驅(qū)動(dòng)器與氣動(dòng)節(jié)流閥的有機(jī)結(jié)合，研制一種新型壓電振子流量控制閥，使其具有快速響應(yīng)、精確控制等特性，以滿足自動(dòng)化控制的一些新需求已是十分迫切。
　　 本文在分

2、析了原有的預(yù)緊-限位型數(shù)字壓電球閥的基礎(chǔ)上，改進(jìn)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)以及相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)小球拋動(dòng)機(jī)制和球閥流量諧振特性進(jìn)行了詳細(xì)的理論與試驗(yàn)研究，并對(duì)其流量進(jìn)行比例控制的研究，論文的研究內(nèi)容主要有：
　　 (1)在分析原壓電球閥實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的前提下，研究設(shè)計(jì)了一套滿足快速、高頻，高效控制需求的實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)：采用高頻信號(hào)發(fā)生器代替計(jì)算機(jī)對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行控制，減少了信號(hào)延遲，實(shí)現(xiàn)了高頻率范圍(1-10kHz)的頻率連續(xù)調(diào)

3、節(jié)試驗(yàn)，滿足了壓電球閥快速、高頻的控制需求；采用高功率PI壓電驅(qū)動(dòng)電源代替了原先的HPV壓電驅(qū)動(dòng)電源，在新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下，壓電閥的截止壓差達(dá)到了0.5MPa以上，輸出流量也可以達(dá)到43L/min。
　　 (2)在壓電閥的工作性能指標(biāo)達(dá)到了工業(yè)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)該壓電閥在結(jié)構(gòu)功能上進(jìn)行了相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要包括：設(shè)計(jì)了套筒式限位機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了壓電閥的任意位置工作功能，使其更能適應(yīng)各種復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境；另外還設(shè)計(jì)了軟管引出式通流管路，

4、很好地解決了閥的泄漏問題，泄漏量也由原來的與輸出流量相當(dāng)?shù)臄?shù)十升每分鐘，有效控制到了0.1L/min以下，使新閥在工作性能上較以往有了相當(dāng)大地提高，進(jìn)一步完善了壓電球閥的工作性能。
　　 (3)通過試驗(yàn)研究壓電晶體的振動(dòng)幅值和小球的拋動(dòng)性能及輸出流量與驅(qū)動(dòng)電源頻率之間關(guān)系，首次發(fā)現(xiàn)了壓電球閥的諧振特性，即在系統(tǒng)諧振頻率(6000Hz左右)下，不論是小球的拋起高度，還是球閥的流量輸出都得到突增；另外還建立了壓電球閥的動(dòng)力學(xué)模型，從

5、理論上分析了小球高頻拋動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)機(jī)制，剖析了壓電閥諧振特性的產(chǎn)生機(jī)理。
　　 (4)基于PWM控制方法，對(duì)閥的輸出流量分別進(jìn)行了開環(huán)和閉環(huán)控制，穩(wěn)態(tài)精度控制在了1L/min以下，驗(yàn)證了PWM控制方法在該閥流量控制上可行性，為后續(xù)更高精度的控制方法和控制算法的研究提供了理論依據(jù)。
　　 綜上所述，所研制的壓電激振球閥不僅結(jié)構(gòu)原理簡單，體積較小，可實(shí)現(xiàn)快速大流量輸出，并且通過PWM控制方法達(dá)到一定的穩(wěn)態(tài)控制精度，驗(yàn)證了激