一种基于BMF的新型气动微型伺服阀及控制系统研究

发布时间：2020-06-30 10:05

【摘要】： 本论文在分析新型形状记忆合金BMF(BioMetal Fiber)特性的基础上,提出了一种基于BMF的新型气动微型伺服阀,并对这种新型气动微型伺服阀进行了设计计算、仿真研究和控制研究。该伺服阀使用新型形状记忆合金BMF作为驱动元件,在施加一定的控制电压时,BMF开始动作,带动阀芯移动,从而可以实现新型气动微型伺服阀的开启和关闭,达到对BMF的一种实际应用。在论文中研究了新型气动微型伺服阀的整体结构图,对偏压弹簧和锥阀芯进行了设计计算,论述了这种伺服阀的工作原理,并绘出了伺服阀的三维模型图并对结构进行了受力分析。同时用理论分析的方法推导了新型气动微型伺服阀的线性数学模型和传递函数,并分析了被控对象的基本特性;利用Simulink模块表达状态方程,通过PID控制器的控制策略对伺服阀进行了仿真分析。研究了伺服阀的单片机伺服控制系统,对伺服阀的出口流量和压力进行实时数据采集和数据处理。从压力传感器和流量传感器出来后的信号送入A/D进行转换和数据处理,处理后的数据送到控制器AT89C52;同时,该数据与设定的压力和流量值进行比较求出偏差值,通过PID算法获取调控值,通过D/A转换,施加控制电压给伺服阀的驱动元件BMF,使阀门开启,从而实现对伺服阀出口压力和流量大小的控制。该系统具有控制精度高、速度快、控制质量可靠等优点,能够达到预想的控制效果。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH138.52
【图文】：

微型阀,阀膜,大变形

理的微型阀相继研制问世[16]。静电致动微型阀国 Honeywell 公司研制的一种薄膜悬臂梁结构的静电致动微阀膜片尺寸分别为 24×602μ m和 350×3902μ m，阀膜片的其主要制作工艺过程是在双面抛光的<100>硅片上淀积成形属电极及牺牲层，在用等离子体蚀刻出阀膜片边缘和出口通后用 KOH 溶液异向蚀刻硅基板，选择蚀除掉牺牲层。该阀，可控 15kPa 的压力和 150ml/min 的流量，并能承受 101kPa动的缺点在于需要较高的驱动电压，或致动力小。美国 MIT 平衡静电致动微型阀，用于控制高压流体。其设计思想是使动阀堵上产生平衡力，通过几何参数的优化，可以很小的致关闭。本日立制作所开发出一种如图 1.1 所示具有大变形阀膜片结静电致动亦能实现大的位移而不减弱致动力。

微型阀,双金属片,常闭阀,热驱动

致动微型阀的尺寸在数十微米级时，电磁致动的能量密度仍可能比静级。另外微型阀的阀膜片或阀堵多利用硅薄膜的变形达到变形通常小于 20 μ m，且致动力大部消耗在膜片的弹性变 NovaSensor 设计出一种减弱阀膜片支撑部分的刚性的阀膜 50 μ m的变形，适于电磁致动。日本 NTT 境界领域研究所构的微型阀，为减小泄露，开发了自对准工艺。该阀可在 0磁场作用下工作，可控气体流量为 0.24～19.2kPa—ml/mi属片致动微型阀膨胀系数不同的两个金属薄片叠合在一起，因热膨胀伸长美国 ICSensors 利用这种双金属片致动原理研制的微型阀如厚 10 μ m、直径为 2.5mm，铝层厚 5 μ m，常开间隙为 4 气压的气流，最大流量约为 85ml/min。

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