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2D数字伺服阀及控制器的性能研究

发布时间:2020-10-27 23:45
   80年代以来,随着电液伺服控制技术在工业中的广泛应用以及应廉价、抗污染电液控制元件的要求,液压行业的专家和工程师们开始寻找新型的电液控制元件及驱动方案,以取代价格昂贵、抗污染能力差的喷嘴挡板伺服阀以及泄漏量、功率损耗都很大的射流管伺服阀。方案之一就是采用步进电机加伺服螺旋机构驱动数字阀阀芯实现直接数字控制。 2D数字伺服阀相比较其他伺服阀,抗污染能力强;在设计中高低压口与螺旋槽之间可以取为零遮盖即可保证稳定,同时还使阀芯的静态轴向刚度很大,阀芯的转角位移到轴向位移之间的转换精度很高;伺服螺旋机构泄漏极小,其功耗与流体动力控制系统的其他能量损失相比几乎可以不考虑;控制特性比较理想,没有滞环和死区。本文采用DSP对2D数字伺服阀实现嵌入式数字控制,为了消除传统步进式数字阀所固有的量化误差与响应速度之间的矛盾,放弃了步进的控制方式,对步进电机的输出的角位移采用连续跟踪控制,该算法固化于单片机控制器内来实现。 本论文对2D数字伺服阀以及控制器进行设计,主要对其性能进行仿真以及实验研究,得到2D数字伺服阀阶跃过程约为9ms,在控制信号的幅值为最大阀开口的25%的情况下,幅值衰减为-3db、相位滞后为55°对应的频率约为100Hz,具有良好的动态性能以及频率特性。研究内容主要包括: 第一章,对本论文研究主题有关的文献进行了综述,接着阐述了本论文的研究目的、意义以及创新点,并列出课题的主要内容。 第二章,本章详细介绍三位四通2D数字伺服阀的工作原理,通过数字阀的特征支配方程建立数学模型,采用数值仿真的方法对该2D阀的动态性能以及频率特性进行仿真。 第三章,本章首先对步进电机进行数学建模,采用连续跟踪控制算法,将其固化在单片机控制器内,并对控制器进行仿真分析,得到步进电机输出角位移在典型波形下的响应以及不同频率下正弦控制信号的响应,最后给出频率特性。 第四章,专门设计了一个以TMS320F2812作为CPU的嵌入式系统来作为2D数字伺服阀的控制器,详细介绍控制器各部分,给出电路图,最后写了自己在设计过程中的心得体会。 第五章,本章主要是2D数字伺服阀以及步进电机控制器实验研究,首先介绍实验装置及系统,给出控制程序;然后得到在不同典型波形作用下,步进电机角位移实际输出波形,在不同频率正弦控制信号下角位移响应的实际波形,给出步进电机的频率特性曲线;最后测得2D数字伺服阀实际的稳定时间,在不同典型控制波形作用下,采集实际的阀芯位移波形,在一定阀开口下,不同频率控制信号下阀芯位移响应实际波形,得到该2D数字阀的幅频特性和相频特性,将实验与理论研究进行比较、分析。 第六章,对论文的研究内容进行了总结与展望。
【学位单位】:浙江工业大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2009
【中图分类】:TH134
【部分图文】:

原理图,数字阀,压电陶瓷,电子计算机


浙江工业大学硕士学位论文构原理图如图1一8所示。这是一种新型的数字阀,并合理地考虑了温度补偿。压电陶瓷数字阀压力ZoMpa,流量loL/Min,频率达到200Hz。懊懊 懊尸尸鬓鬓 (((((〕〕 〕‘ ‘‘砂砂 砂iii厂 厂、、 、PZT模块2PZT模块温度补偿上击率卜(a)(b)(e)图1一 8PZT压电陶瓷数字阀结构原理图北京航天工业总公司一院研制的数字量调节阀,它可以不经过D/A转换的中间环节接受电子计算机发出的数字量脉冲信号,并按其指令实施开关动作。既可以直接由电子计算机按预定程度进行开环调节,又可以接收电子计算机发出的脉冲信号指令实施闭环调节。其动力装置采用步进电机,由于传动系统和执行机构不同

高频激振,振动台,液压系统,数字阀


浙江工业大学硕士学位论文图1一9快速锁紧阀的某液压系统中的应用图1一10高频激振阀的某振动台中的应用重庆大学在80年代末期先后开发研制了步进电机控制的各类液压气动组件如液压数字阀,数字泵、数字缸等等;同时又相继研制了脉宽调制型各类数字液压气动组件。脉宽调制式直接控制数字阀以贵州红林机械厂与美国BKM公司合作并经过三年多的努力,研制成功了HSV系列高速电磁开关阀为代表。该阀为螺纹插装式结构,阀的开启时间为3ms;关闭时间为Zms;最高额定工作压力为20MPa;额定流量为2一gL/min。甘肃工业大学从80年代末期起,针对不同的工况需求,先后研制出大流量高频响先导式数字液压阀、数字式压力调节阀、柴油机高压共轨数字阀等数字阀,于2004年结合市场需要,推出超高速大吸力燃气电喷阀(HGDV脉冲调制开关式数字阀)[26]。在国内PWM电液控制系统也逐步得到广泛应用,脉冲调制式数字开关阀作为一种先导控制用于泵的变量机构、换向阀或比例阀的先导级也日趋明显。但是

局部放大图,数字伺服阀,位置检测,步进电机


浙江工业大学硕士学位论文在实验中,专门设计了一个实验用样阀如图5一2所示,该阀的设计流量300L/min。它主要由阀体和传动机构两部分组成。步进电机通过齿轮传动机构使阀芯产生一定的角位移,阀芯的旋转由于伺服螺旋机构产生一定的压力差而转化为阀芯有一定的轴向位移。阀在工作前必须对步进电机的零位和阀芯的中位进行调整使其重合。安装销电机安装板限位销步进齿轮阀座裂裂过拨映魏魏 AAAAA 叮叮叮阀套、O形圈摆轮端盖阀芯挡板同心环紧固螺钉图5一 2ZD数字伺服阀实验样阀步进电机与位置检测模块的装配如5一3(a)所示,图5一3(b)为局部放大图。一步进电机电机转轴厂安装螺纹屯机转轴坐钢AS5045磁钢电路板电路板局部视图A比例4:1(a)(b)图5一3步进电机与位置检测模块装配图实验系统照片如图5一4所示,图5一4(a)为被测ZD数字阀部分,图5一4(b)为控制器部分。部分实验装置照片一ZD数字伺服阀、步进电机、控制器及位置传感器如图5一5至图5一8所示。一53-
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