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)動器，響應慢、控制精度低、工作帶寬窄，而采用強力高速電磁鐵驅(qū)動，雖然也可以提高其響應速度，但是由于受到電磁力、安裝空間、運動慣性的影響，難以進一步提高電磁閥的響應速度，無法滿足一些要求更高響應速度的場合。針對傳統(tǒng)電磁式比例流量閥的不足，將壓電驅(qū)動器與氣動節(jié)流閥的有機結(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、精確控制等特性，以滿足自動化控制的一些新需求已是十分迫切。
　　 本文在分

2、析了原有的預緊-限位型數(shù)字壓電球閥的基礎(chǔ)上，改進設(shè)計了實驗控制系統(tǒng)以及相關(guān)機械結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上對小球拋動機制和球閥流量諧振特性進行了詳細的理論與試驗研究，并對其流量進行比例控制的研究，論文的研究內(nèi)容主要有：
　　 (1)在分析原壓電球閥實驗控制系統(tǒng)的前提下，研究設(shè)計了一套滿足快速、高頻，高效控制需求的實驗控制系統(tǒng)：采用高頻信號發(fā)生器代替計算機對壓電驅(qū)動電源進行控制，減少了信號延遲，實現(xiàn)了高頻率范圍(1-10kHz)的頻率連續(xù)調(diào)

3、節(jié)試驗，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)動電源代替了原先的HPV壓電驅(qū)動電源，在新實驗系統(tǒng)下，壓電閥的截止壓差達到了0.5MPa以上，輸出流量也可以達到43L/min。
　　 (2)在壓電閥的工作性能指標達到了工業(yè)運用標準的基礎(chǔ)上，對該壓電閥在結(jié)構(gòu)功能上進行了相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計，主要包括：設(shè)計了套筒式限位機構(gòu)，實現(xiàn)了壓電閥的任意位置工作功能，使其更能適應各種復雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境；另外還設(shè)計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?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大地提高，進一步完善了壓電球閥的工作性能。
　　 (3)通過試驗研究壓電晶體的振動幅值和小球的拋動性能及輸出流量與驅(qū)動電源頻率之間關(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力學模型，從

5、理論上分析了小球高頻拋動過程中的運動機制，剖析了壓電閥諧振特性的產(chǎn)生機理。
　　 (4)基于PWM控制方法，對閥的輸出流量分別進行了開環(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，可實現(xiàn)快速大流量輸出，并且通過PWM控制方法達到一定的穩(wěn)態(tài)控制精度，驗證了激