执行器电—气定位系统建模研究

作     者：高恒 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尚群立

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：力矩马达 喷嘴—挡板阀 气动继动器 数学模型 最小二乘法 

摘      要：执行器是整个自动化系统中必备的、重要的终端执行元件,在流程工业中起着重要的作用。执行器技术的发展深刻地影响着生产的质量、效率、安全和环保。气动技术以其特有的优势,在工业生产中得到了广泛的应用。气动执行器技术的发展,除了需要材料与加工工艺、机构与结构设计、智能化与网络化等纯技术层面水平的提升外,更重要的是需要执行器气动定位系统建模这方面应用基础理论的研究。执行器气动定位系统的建模研究,是获得像FISHER、SIEMENS等公司的高性能技术指标、高可靠性、结构优化的执行器产品技术的基础和关键。数学模型是对象特性的抽象描述,是对象特性的直接反映。模型的建立,为智能阀门定位器控制算法设计、控制阀优化设计、执行器故障诊断奠定了基础。 首先,在分析了一种新型力矩马达工作原理的基础上,对该新型力矩马达分别进行了磁路分析和电路分析,然后建立了该新型力矩马达的动态方程;结合空气动力学的知识和定律,建立了喷嘴固定节流孔和喷嘴口处的气体重量流量方程,然后,在做了一定的假设和近似,建立了带负载腔的喷嘴—挡板机构的动态方程;从利于分析和研究问题出发,根据研究对象的实际情况做了一定的假设,结合热力学、流体力学基本知识和定律,建立了气动继动器动态特性方程。其次,气动执行机构的运动过程分成两个部分来研究,通过对薄膜气室和执行机构的工作机理的分析,结合热力学和动力学的知识,建立了薄膜气室热力学方程和执行机构力平衡方程。最后,搭建了测量力矩马达可动铁片位移的实验平台,根据实验数据,通过最小二乘一次完成算法辨识了模型中的未知参数,进行了仿真模型和实验数据的对比;阐述所建几部分模型中未知参数的得到方法。 本文在研究液压与气动方面文献资料的基础上,一方面在研究电—气阀门定位器（包括力矩马达、喷嘴—挡板阀和气动继动器）工作原理的基础上,分别建立了定位器各部分的模型;另一方面在分析了执行机构工作机理的基础上,建立了薄膜气室的热力学方程和执行机构的力平衡方程;最后搭建了测量力矩马达位移的实验平台,辨识了力矩马达模型中的未知参数。