压电振子流量数字控制组件基本特性研究

发布时间：2020-03-23 02:18

【摘要】： 传统的气动比例阀是以比例电磁铁作为驱动器，这种比例阀存在响应慢、工作频宽较窄、控制精度不够高等缺点，其控制特性已不能满足现在精确、快速、稳定的自动化生产要求。压电驱动器以响应速度快、工作频率宽、易于控制等优点越来越广泛地被用于气动比例阀，但是如果使用压电材料直接驱动气动比例阀的阀芯的移动来改变阀出口的开度，阀开口面积的改变非常小，还难以直接用于阀口流量的控制。因此研究开发一种能够将压电驱动的微位移放大到阀口正常开度，以进行流量数字控制、可用于气动比例阀的新型流量数字控制装置是很有必要的。论文探索采用压电叠堆致动小球做受迫抛动的原理开发一种可用于气动比例阀的新型压电振子流量数字控制组件，主要研究内容包括以下几个方面：(1)为了解决压电叠堆的自身变形位移小，不能使阀口输出较大流量的问题，设计了基于压电致动小球抛动的压电振子流量数字控制组件的结构和试验系统装置，具有位移大、体积小、反应快等优点；(2)为了深入分析和控制上抛过程，建立了两者之间的运动模型，并通过仿真分析了系统参数对试验结果的影响，为试验时主要参数的确定打下基础；(3)为了研究小球在空气中的抛动性能，从小球的直径、电压的频率与幅值、激励信号的种类几个不同的角度对空气中的小球进行了试验，分析试验结果发现小球直径、电压频率是影响小球在空气中抛动位移的主要因素；(4)为了研究小球在有压气体中的抛动性能，从小球的直径、压差以及电压频率三个角度对小球进行了试验，并分析发现小球上下的压差是导致有压气体下小球抛动位移偏小的主要原因。研究结果表明，所提出的新型压电振子流量数字控制组件到达了基本数字控制的目标。以直径为9mm的钢球为例，在上下压差为0.1MPa时，小球的抛动位移可以达到80μm；在上下压差为0.2MPa时小球的抛动位移也可以达到40μm，能够满足阀芯运动位移的要求，也为进一步研究新型压电比例阀奠定基础。这说明这种压电振子流量数字控制组件有很好的发展前景和工程应用价值。
【图文】：

直动式,伺服阀,单级

直径的滑阀进行控制，阀的频响可达IkHz以上。(3)直动式压电伺服阀1992年后出现了以压电叠堆为驱动力源的单级直动式伺服阀，如图1.10所示。日本的横土真一等人利用两组压电叠堆推动一个锥阀阀芯，并通过磁阻式位移传感器对阀芯位移进行检测，完成闭环控制。该阀对一个无负载叠堆施加looV电压时，，可产生15脚位移，推动力为85oN。在0一100V电压驱动下，阀的开关时间不超过70娜，可跟踪ZkHz的方波信号。当时的主要问题是压电体变形过小，因而能够控制的流量极小(不足0.2L/min)

直动式,伺服阀,压电

被控制的滑阀是普通的伺服阀阀芯。此外，该阀中的档板不再与滑阀相连起反馈弹簧作用，而是在阀上另设位移传感器进行反馈。据报道，对一个4~径的滑阀进行控制，阀的频响可达IkHz以上。(3)直动式压电伺服阀1992年后出现了以压电叠堆为驱动力源的单级直动式伺服阀，如图1.10所示本的横土真一等人利用两组压电叠堆推动一个锥阀阀芯，并通过磁阻式位移传对阀芯位移进行检测，完成闭环控制。该阀对一个无负载叠堆施加looV电压时产生15脚位移，推动力为85oN。在0一100V电压驱动下，阀的开关时间不70娜，可跟踪ZkHz的方波信号。当时的主要问题是压电体变形过小，因而能制的流量极小(不足0.2L/min)，同时由于PZT材料固有的迟滞效应较大(巧0%)，而单纯颤振技术的解决效果有限，致使伺服阀整体的滞环大于10%，重不好，影响了反应速度与精度的提高。这些缺点限制了压电伺服阀的进一步发应用。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH138.52

【引证文献】