压电驱动精密流量阀的控制研究

发布时间：2017-10-13 11:33

  本文关键词：压电驱动精密流量阀的控制研究

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【摘要】：航空航天、深海探测及生物医学等领域的发展，越来越需要采用液压阀实现对微流体的控制。传统的电磁力矩马达驱动式的控制阀体积大、结构复杂、精度低，难以满足精密控制的需要；减小气蚀破坏是研究控制阀的重点之一，常用的措施是选用新型工程材料或采用新型结构，然而，这些措施不仅增加了制造成本，还降低了阀的工艺性能，使阀的结构更加复杂。 本文基于压电陶瓷驱动器和金属橡胶材料提出了一种新型结构的压电驱动精密流量阀。利用压电陶瓷驱动器的高位移分辨率特性实现对流量阀的精密控制，利用金属橡胶的节流减压特性可以有效减小节流阀口前后的压差，从而可以减小气蚀破坏，延长阀的使用寿命。 本文在深入了解压电驱动精密流量阀的结构及工作原理的基础上，建立了系统各环节的数学模型，得到了压电流量阀的流量与驱动电压之间的传递函数表达式。结合MATLAB Simulink模块和模糊逻辑控制箱，完成了模糊PID控制器的设计，搭建了PID与模糊PID的控制仿真系统模型，并对两种控制方式下的阶跃响应曲线进行了比较分析，仿真结果表明，模糊PID的控制性能优于PID控制，将模糊PID控制算法运用于压电流量阀中，可以有效减小系统运行过程中的振荡，提高系统的响应速度，，从而达到延长阀的使用寿命，提高阀的控制精度的目的。阐述了压电流量阀系统的软件总体设计及控制过程，并对PID模块、模糊PID模块、A/D转换模块以及LCD模块进行了设计，编写了PID与模糊PID模块的程序代码，为实验测试奠定了基础。
【关键词】：压电流量阀 动态特性 模糊PID MATLAB
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 绪论7-16
• 1.1 本课题的研究背景7
• 1.2 本课题的来源及研究意义7-8
• 1.2.1 本课题的来源7
• 1.2.2 本课题的研究意义7-8
• 1.3 压电陶瓷驱动器国内外研究现状8-10
• 1.4 压电阀的国内外研究现状10-14
• 1.5 金属橡胶概述14-15
• 1.6 本文研究的主要内容15-16
• 第2章 压电流量阀建模分析16-26
• 2.1 压电流量阀的工作原理16-17
• 2.2 压电流量阀数学模型的建立17-23
• 2.2.1 驱动电源等效模型17-18
• 2.2.2 压电陶瓷驱动器等效模型18-19
• 2.2.3 阀芯运动模型19-22
• 2.2.4 位移-流量转换模型22-23
• 2.3 压电流量阀各环节模型的计算23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 模糊 PID 控制器设计及仿真26-44
• 3.1 PID 控制器设计26-30
• 3.2 模糊 PID 控制器设计30-41
• 3.2.1 输入输出量的模糊化31-33
• 3.2.2 建立模糊控制规则表33-37
• 3.2.3 输出量的反模糊化37-39
• 3.2.4 模糊 PID 控制系统仿真39-41
• 3.3 PID 与模糊 PID 控制算法的比较分析41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 压电流量阀的软件设计44-55
• 4.1 引言44-45
• 4.2 控制系统的总体设计45-47
• 4.3 PID 模块47-49
• 4.4 模糊 PID 模块49-52
• 4.5 A/D 转换模块52-53
• 4.6 LCD 显示模块53-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第5章 总结与展望55-57
• 5.1 总结55
• 5.2 展望55-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-61
• 附录61-66
• 附录 I 模糊 PID 控制器 MATLAB 程序61-65
• 附录 II LCD 模块程序65-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 纪华伟;杨世锡;吴昭同;;压电陶瓷驱动器非线性建模研究[J];传感技术学报;2006年04期

2 Ｈ．Ｍｕｒｒｅｎｈｏｆｆ,吴根茂;液压控制技术发展趋势──第1部分　元件与传动装置[J];工程设计;1997年03期

3 温建明;马继杰;程光明;;基于压电陶瓷的惯性驱动器控制技术研究[J];黑龙江大学自然科学学报;2012年02期

4 高平波;魏燕定;;一种基于压电堆驱动器的喷嘴挡板式气体控制阀的研究[J];机床与液压;2007年03期

5 曲兴田,鄂世举,吴博达,杨志刚,吴玉魁;双压电晶片驱动喷嘴挡板式伺服阀[J];吉林大学学报(工学版);2005年02期

6 张金龙;刘阳;郭怡倩;刘京南;内田敬久;;纳米级超精密定位工作台的研究[J];机械工程学报;2011年09期

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本文编号：1024641