80年代以來,隨著電液伺服控制技術(shù)在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用以及應(yīng)廉價、抗污染電液控制元件的要求,液壓行業(yè)的專家和工程師們開始尋找新型的電液控制元件及驅(qū)動方案,以取代價格昂貴、抗污染能力差的噴嘴擋板伺服閥以及泄漏量、功率損耗都很大的射流管伺服閥。方案之一就是采用步進(jìn)電機(jī)加伺服螺旋機(jī)構(gòu)驅(qū)動數(shù)字閥閥芯實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制。 2D數(shù)字伺服閥相比較其他伺服閥,抗污染能力強(qiáng);在設(shè)計(jì)中高低壓口與螺旋槽之間可以取為零遮蓋即可保證穩(wěn)定,同時還使閥芯的靜態(tài)軸向剛度很大,閥芯的轉(zhuǎn)角位移到軸向位移之間的轉(zhuǎn)換精度很高;伺服螺旋機(jī)構(gòu)泄漏極小,其功耗與流體動力控制系統(tǒng)的其他能量損失相比幾乎可以不考慮;控制特性比較理想,沒有滯環(huán)和死區(qū)。本文采用DSP對2D數(shù)字伺服閥實(shí)現(xiàn)嵌入式數(shù)字控制,為了消除傳統(tǒng)步進(jìn)式數(shù)字閥所固有的量化誤差與響應(yīng)速度之間的矛盾,放棄了步進(jìn)的控制方式,對步進(jìn)電機(jī)的輸出的角位移采用連續(xù)跟蹤控制,該算法固化于單片機(jī)控制器內(nèi)來實(shí)現(xiàn)。 本論文對2D數(shù)字伺服閥以及控制器進(jìn)行設(shè)計(jì),主要對其性能進(jìn)行仿真以及實(shí)驗(yàn)研究,得到2D數(shù)字伺服閥階躍過程約為9ms,在控制信號的幅值為最大閥開口的25%的情況下,幅值衰減為-3db、相位滯后為55°對應(yīng)的頻率約為100Hz,具有良好的動態(tài)性能以及頻率特性。研究內(nèi)容主要包括: 第一章,對本論文研究主題有關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述,接著闡述了本論文的研究目的、意義以及創(chuàng)新點(diǎn),并列出課題的主要內(nèi)容。 第二章,本章詳細(xì)介紹三位四通2D數(shù)字伺服閥的工作原理,通過數(shù)字閥的特征支配方程建立數(shù)學(xué)模型,采用數(shù)值仿真的方法對該2D閥的動態(tài)性能以及頻率特性進(jìn)行仿真。 第三章,本章首先對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,采用連續(xù)跟蹤控制算法,將其固化在單片機(jī)控制器內(nèi),并對控制器進(jìn)行仿真分析,得到步進(jìn)電機(jī)輸出角位移在典型波形下的響應(yīng)以及不同頻率下正弦控制信號的響應(yīng),最后給出頻率特性。 第四章,專門設(shè)計(jì)了一個以TMS320F2812作為CPU的嵌入式系統(tǒng)來作為2D數(shù)字伺服閥的控制器,詳細(xì)介紹控制器各部分,給出電路圖,最后寫了自己在設(shè)計(jì)過程中的心得體會。 第五章,本章主要是2D數(shù)字伺服閥以及步進(jìn)電機(jī)控制器實(shí)驗(yàn)研究,首先介紹實(shí)驗(yàn)裝置及系統(tǒng),給出控制程序;然后得到在不同典型波形作用下,步進(jìn)電機(jī)角位移實(shí)際輸出波形,在不同頻率正弦控制信號下角位移響應(yīng)的實(shí)際波形,給出步進(jìn)電機(jī)的頻率特性曲線;最后測得2D數(shù)字伺服閥實(shí)際的穩(wěn)定時間,在不同典型控制波形作用下,采集實(shí)際的閥芯位移波形,在一定閥開口下,不同頻率控制信號下閥芯位移響應(yīng)實(shí)際波形,得到該2D數(shù)字閥的幅頻特性和相頻特性,將實(shí)驗(yàn)與理論研究進(jìn)行比較、分析。 第六章,對論文的研究內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)與展望。
【學(xué)位單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TH134
【部分圖文】：

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文構(gòu)原理圖如圖1一8所示。這是一種新型的數(shù)字閥，并合理地考慮了溫度補(bǔ)償。壓電陶瓷數(shù)字閥壓力ZoMpa，流量loL/Min，頻率達(dá)到200Hz。懊懊 懊尸尸鬢鬢 (((((〕〕 〕‘ ‘‘砂砂 砂iii廠 廠、、 、PZT模塊2PZT模塊溫度補(bǔ)償上擊率卜(a)(b)(e)圖1一 8PZT壓電陶瓷數(shù)字閥結(jié)構(gòu)原理圖北京航天工業(yè)總公司一院研制的數(shù)字量調(diào)節(jié)閥，它可以不經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)接受電子計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字量脈沖信號，并按其指令實(shí)施開關(guān)動作。既可以直接由電子計(jì)算機(jī)按預(yù)定程度進(jìn)行開環(huán)調(diào)節(jié)，又可以接收電子計(jì)算機(jī)發(fā)出的脈沖信號指令實(shí)施閉環(huán)調(diào)節(jié)。其動力裝置采用步進(jìn)電機(jī)，由于傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文圖1一9快速鎖緊閥的某液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用圖1一10高頻激振閥的某振動臺中的應(yīng)用重慶大學(xué)在80年代末期先后開發(fā)研制了步進(jìn)電機(jī)控制的各類液壓氣動組件如液壓數(shù)字閥，數(shù)字泵、數(shù)字缸等等;同時又相繼研制了脈寬調(diào)制型各類數(shù)字液壓氣動組件。脈寬調(diào)制式直接控制數(shù)字閥以貴州紅林機(jī)械廠與美國BKM公司合作并經(jīng)過三年多的努力，研制成功了HSV系列高速電磁開關(guān)閥為代表。該閥為螺紋插裝式結(jié)構(gòu)，閥的開啟時間為3ms;關(guān)閉時間為Zms;最高額定工作壓力為20MPa;額定流量為2一gL/min。甘肅工業(yè)大學(xué)從80年代末期起，針對不同的工況需求，先后研制出大流量高頻響先導(dǎo)式數(shù)字液壓閥、數(shù)字式壓力調(diào)節(jié)閥、柴油機(jī)高壓共軌數(shù)字閥等數(shù)字閥，于2004年結(jié)合市場需要，推出超高速大吸力燃?xì)怆妵婇y(HGDV脈沖調(diào)制開關(guān)式數(shù)字閥)[26]。在國內(nèi)PWM電液控制系統(tǒng)也逐步得到廣泛應(yīng)用，脈沖調(diào)制式數(shù)字開關(guān)閥作為一種先導(dǎo)控制用于泵的變量機(jī)構(gòu)、換向閥或比例閥的先導(dǎo)級也日趨明顯。但是

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文在實(shí)驗(yàn)中，專門設(shè)計(jì)了一個實(shí)驗(yàn)用樣閥如圖5一2所示，該閥的設(shè)計(jì)流量300L/min。它主要由閥體和傳動機(jī)構(gòu)兩部分組成。步進(jìn)電機(jī)通過齒輪傳動機(jī)構(gòu)使閥芯產(chǎn)生一定的角位移，閥芯的旋轉(zhuǎn)由于伺服螺旋機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定的壓力差而轉(zhuǎn)化為閥芯有一定的軸向位移。閥在工作前必須對步進(jìn)電機(jī)的零位和閥芯的中位進(jìn)行調(diào)整使其重合。安裝銷電機(jī)安裝板限位銷步進(jìn)齒輪閥座裂裂過撥映魏魏 AAAAA 叮叮叮閥套、O形圈擺輪端蓋閥芯擋板同心環(huán)緊固螺釘圖5一 2ZD數(shù)字伺服閥實(shí)驗(yàn)樣閥步進(jìn)電機(jī)與位置檢測模塊的裝配如5一3(a)所示，圖5一3(b)為局部放大圖。一步進(jìn)電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)軸廠安裝螺紋屯機(jī)轉(zhuǎn)軸坐鋼AS5045磁鋼電路板電路板局部視圖A比例4:1(a)(b)圖5一3步進(jìn)電機(jī)與位置檢測模塊裝配圖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)照片如圖5一4所示，圖5一4(a)為被測ZD數(shù)字閥部分，圖5一4(b)為控制器部分。部分實(shí)驗(yàn)裝置照片一ZD數(shù)字伺服閥、步進(jìn)電機(jī)、控制器及位置傳感器如圖5一5至圖5一8所示。一53-
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