压电式气动伺服阀的特性研究

作     者：张宗成 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁锐波

授予年度：2011年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：气动伺服阀 压电驱动 动态特性 伺服控制 仿真 

摘      要：气动系统具有无污染、结构简单、价格低廉等一系列的优点,因此被广泛应用于机械制造业以及其他各行各业中。近年来,随着压电材料的发展,把压电材料的电—机械转换特性引入到气动阀中,作为气动阀的电—机械转换级,加快了气动技术的发展。压电驱动利用压电晶体的逆压电效应形成驱动力,并且压电晶体产生的位移与输入信号有较好的线性关系,控制方便,产生的驱动力大,带负载能力强,功耗低,响应快,将它作为驱动元件取代电磁线圈来构造气动伺服阀,可以使伺服阀小型化和实现对输出信号的高精度控制。 根据实际情况对气动伺服阀模型的简洁性和精确性进行了折衷的考虑,忽略了一些次要因素,建立了既能反映系统内在本质特性,又能简化分析计算工作的压电驱动式气动伺服阀的数学模型。 本论文通过MATLAB和AMEsim软件仿真分析结果表明：压电气动伺服阀的频率为313Hz,频宽达到438Hz,响应时间为3.3ms,并且能对输入信号进行快速、精确的跟踪,验证了压电气动伺服阀的良好动态特性。 通过对压电气动伺服阀施加PID控制和PID神经网络控制进行特性仿真研究,获得施加PID控制的压电气动伺服阀的响应时间约为3.1 ms,而运用PID神经网络控制器后,压电气动伺服阀的单位阶跃响应时间缩短为2.8ms,并且后者对输入信号有很强的快速、精确的跟踪能力,并针对两种控制的仿真曲线进行了比较分析。 本文最后是对压电式气动伺服阀的研究进行了总结,并提出在以后时间里研究的重点和方向。