压电开关调压型气动数字比例压力阀的研究

发布时间：2022-02-20 03:52

　　气动比例压力阀是实现连续控制及气、电、机一体化的关键元件。其中,数字控制比例阀（简称数字阀）具有可直接与计算机连接,不需要D/A转换器,具有结构简单、成本低、可靠性高等优点,因此得到越来越广泛的应用且成为当前的研究热点之一。但目前现有的脉冲开关式数字比例压力阀通常采用高速电磁铁为电-机械转换器,这种驱动方式的数字比例压力阀存在响应速度慢、稳念精度差等缺点,无法满足如快速燃气喷射系统和精密气动定位系统等需要快速响应高精度的场合。因此,迫切需要研究一种新型的具有快速响应和高精度特性的数字比例压力阀。论文从此实际需求出发,对所涉及的问题进行了全面、深入的理论和试验研究。首先,论文通过深入分析了以电磁铁为驱动器的传统开关式数字比例压力阀工作过程,指出了提高阀响应速度和控制精度的最根本途径是提高驱动器的动态性能。为此,提出了一种新型的以压电驱动代替电磁驱动、具有快速响应和高精度特性的压电开关调压型气动数字比例压力阀的构想。在功能需求分析基础上,研究了其前置级压电快速驱动-位移放大、摆动开关挡板式先导阀结构及膜片平衡式主阀结构等关键技术；提出并实现了一种压电驱动-放大、先导开关挡板高速通断、膜片式... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省211工程院校

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 气动数字比例阀的研究现状
        1.2.1 增量式数字比例阀
        1.2.2 脉冲调制开关式数字比例阀
    1.3 压电阀的研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 有待研究解决的问题
    1.5 论文主要研究内容
2 压电开关调压型气动数字比例压力阀总体结构研究
    2.1 压电叠堆驱动器工作原理及基本特性
        2.1.1 压电叠堆驱动器工作原理
        2.1.2 压电叠堆驱动器基本特性
    2.2 功能分析及关键结构研究
        2.2.1 快速响应高精度功能分析
        2.2.2 压电快速驱动-位移放大关键技术研究
        2.2.3 摆动开关挡板式先导阀关键结构研究
        2.2.4 膜片平衡式主阀关键结构研究
    2.3 压电开关调压型气动数字比例压力阀总体结构
    2.4 压电微位移放大机构先导开关挡板的设计与分析
        2.4.1 压电微位移放大机构先导开关挡板的设计
        2.4.2 压电微位移放大机构先导开关挡板的有限元分析
    2.5 本章小结
3 压电开关调压型气动数字比例压力阀数学模型及仿真研究
    3.1 压电开关调压型气动数字比例压力阀数学模型
        3.1.1 阀芯动力学特性分析
        3.1.2 腔室热力学特性分析
        3.1.3 流道气体质量流量方程
    3.2 压电开关调压型气动数字比例压力阀结构参数及控制仿真研究
        3.2.1 压电开关调压型气动数字比例压力阀Matlab/Simulink仿真模型
        3.2.2 模型的有效性试验验证
        3.2.3 先导开关挡板行程对阀主要性能的影响
        3.2.4 先导腔通流直径对阀主要性能的影响
        3.2.5 膜片主阀芯通流直径对阀主要性能的影响
        3.2.6 腔室体积对阀主要性能的影响
        3.2.7 PWM参数对阀主要性能的影响
        3.2.8 PID控制对阀主要性能的影响
    3.3 本章小结
4 压电开关调压型气动数字比例压力阀基本特性试验研究
    4.1 压电开关调压型气动数字比例压力阀试验控制系统
        4.1.1 系统技术方案研究
        4.1.2 系统硬件平台设计
        4.1.3 系统软件平台设计
    4.2 前置级压电驱动-放大部件动态特性试验研究
        4.2.1 压电叠堆驱动器脉冲响应动态特性试验研究
        4.2.2 先导开关挡板放大特性试验研究
    4.3 先导级摆动开关挡板阀开环PWM控制特性试验研究
        4.3.1 开启-关闭特性
        4.3.2 空载流量特性
        4.3.3 空载压力特性
        4.3.4 试验结果分析
    4.4 压电开关调压型气动数字比例压力阀开环PWM控制特性试验研究
        4.4.1 静态特性
        4.4.2 动态特性
    4.5 本章小结
5 压电开关调压型气动数字比例压力阀控制算法研究
    5.1 压电开关调压型气动数字比例压力阀主要性能指标
    5.2 压电开关调压型气动数字比例压力阀Bang-Bang开关控制研究
        5.2.1 数字阀Bang-Bang开关控制算法
        5.2.2 数字阀Bang-Bang开关控制试验研究
        5.2.3 数字阀Bang-Bang开关控制效果分析
    5.3 压电开关调压型气动数字比例压力阀PWM控制研究
        5.3.1 数字阀PWM控制算法
        5.3.2 数字阀PWM控制试验研究
        5.3.3 数字阀PWM控制效果分析
    5.4 压电开关调压型气动数字比例压力阀调整变位法PWM控制研究
    5.5 与同级别传统电-气比例压力阀的性能对比
    5.6 本章小结
6 结论与展望
致谢
参考文献
攻读博士期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
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[4]一种压电陶瓷直接驱动伺服阀研究[J]. 李树立,孟祥华,李成功,焦宗夏.  压电与声光. 2007(01)
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博士论文
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硕士论文
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[3]增量式数字阀计算机控制系统研究及开发[D]. 张萃.吉林大学 2006
[4]基于椭圆形放大机构的压电驱动式高速开关阀研究[D]. 王丽荣.吉林大学 2006
[5]2D气动数字伺服阀研究[D]. 白继平.浙江工业大学 2005
[6]高速开关阀的研究及数字仿真[D]. 林锐.武汉理工大学 2005
[7]压电式电-气转换器结构设计与实验研究[D]. 王艳.大连理工大学 2005
[8]HGDV脉冲调制开关式数字阀的理论及应用研究[D]. 赵晓燕.兰州理工大学 2005
[9]压电驱动式双喷嘴电液伺服阀的研究[D]. 李鹏.吉林大学 2004
[10]新型压电式高速开关阀的研究[D]. 金国庆.江苏大学 2003



本文编号：3634258