本文關(guān)鍵詞：基于壅塞特性的開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 壅塞流 氣動系統(tǒng) 動態(tài)特性 仿真

【摘要】：憑借高性能、低成本、無污染等顯著優(yōu)點,氣動技術(shù)被廣泛應(yīng)用于制藥、包裝、半導(dǎo)體等自動化生產(chǎn)程度較高的領(lǐng)域。但由于受氣體的壓縮性大、系統(tǒng)剛度低以及摩擦力復(fù)雜等因素的影響,氣動系統(tǒng)很難達(dá)到理想的控制精度和響應(yīng)時間。針對氣體控制體積較小的氣動系統(tǒng),為了能夠簡化系統(tǒng)模型降低應(yīng)用成本,同時提高系統(tǒng)運動穩(wěn)定性以及對負(fù)載變化的適應(yīng)性,本文對氣動元件流量特性中的壅塞現(xiàn)象加以研究并將其應(yīng)用在開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)中,具體研究內(nèi)容如下:首先對壅塞原理進(jìn)行了闡述,并根據(jù)氣體能量方程、連續(xù)性方程以及狀態(tài)方程等推導(dǎo)出壅塞流動的相關(guān)特性。通過氣動元件流量特性測定的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14513對一種小孔節(jié)流閥進(jìn)行流量特性試驗,根據(jù)試驗獲得小孔節(jié)流閥的等效截面積和臨界壓力比,并分析高速開關(guān)閥與小孔節(jié)流閥串聯(lián)后的流量特性情況。然后研究在傳統(tǒng)開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)中加入小孔節(jié)流閥,使其達(dá)到減小輸出流量以適應(yīng)小型控制體積的目的,并通過設(shè)置一定的系統(tǒng)參數(shù)條件使其產(chǎn)生壅塞氣流來驅(qū)動氣缸運動。對基于壅塞特性的開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)(文中簡稱壅塞氣動系統(tǒng))進(jìn)行結(jié)構(gòu)與原理介紹,并別對系統(tǒng)中的高速開關(guān)閥與氣缸建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。利用壅塞狀態(tài)氣體質(zhì)量流量不變的特性,對壅塞氣動系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動特性研究。計算不同參數(shù)及負(fù)載條件下氣缸位移、速度以及壓力變化情況,分析這些條件的變化對氣缸動態(tài)特性的影響。由于輸入氣缸并驅(qū)動氣缸運動的氣體具有質(zhì)量流量穩(wěn)定性,因此可以對系統(tǒng)模型中的氣體質(zhì)量流量方程進(jìn)行簡化,獲得氣缸速度、系統(tǒng)壓力以及進(jìn)氣等效截面積的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式。根據(jù)氣缸行程與時間的要求,可以直接推導(dǎo)出壅塞氣動系統(tǒng)所對應(yīng)的系統(tǒng)壓力以及進(jìn)氣等效截面積這兩個主要參數(shù)。此外針對兩種不同類型負(fù)載的氣缸,根據(jù)不同的行程時間要求設(shè)計了壅塞氣動系統(tǒng)所對應(yīng)的參數(shù),通過將參數(shù)代入系統(tǒng)進(jìn)行仿真獲得了預(yù)期的驅(qū)動效果。除了驅(qū)動特性的研究,還對壅塞氣動系統(tǒng)進(jìn)行位置控制研究。對系統(tǒng)中的高速開關(guān)閥采用PWM控制并進(jìn)行位置控制仿真,分析氣源壓力、進(jìn)氣等效截面積、定位位置、控制精度等因素的變化對氣缸運動穩(wěn)定性以及定位精度的影響。選取兩種不同類型的負(fù)載對壅塞氣動系統(tǒng)以及常規(guī)氣動系統(tǒng)進(jìn)行仿真對比,結(jié)果顯示兩種系統(tǒng)在動態(tài)特性以及定位精度上所對應(yīng)的影響是不同的。對于慣性負(fù)載,壅塞氣動系統(tǒng)在運動穩(wěn)定性和定位精度方面所受的影響均比常規(guī)氣動系統(tǒng)小,但對于恒定外力負(fù)載,壅塞氣動系統(tǒng)的定位精度低于常規(guī)氣動系統(tǒng)。本課題以一個獨特的方向研究了開關(guān)閥控氣動系統(tǒng),獲得了一些基礎(chǔ)性的研究成果,但還需要在今后的研究與應(yīng)用中不斷的深入和完善。
【關(guān)鍵詞】：壅塞流 氣動系統(tǒng) 動態(tài)特性 仿真
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH138;TH134
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 氣動技術(shù)概述8
• 1.2 氣動技術(shù)發(fā)展趨勢8-9
• 1.3 氣動系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3.1 比例/伺服閥控系統(tǒng)9-11
• 1.3.2 開關(guān)閥控系統(tǒng)11
• 1.4 壅塞特性相關(guān)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.5 課題研究目的與意義12
• 1.6 課題主要研究內(nèi)容12-14
• 第二章 壅塞特性研究14-27
• 2.1 壅塞產(chǎn)生原理14-15
• 2.2 壅塞相關(guān)特性15-19
• 2.2.1 臨界壓力比16-18
• 2.2.2 臨界速度18
• 2.2.3 壅塞質(zhì)量流量18-19
• 2.3 壅塞特性試驗19-26
• 2.3.1 試驗原理20-22
• 2.3.2 試驗平臺22-24
• 2.3.3 試驗結(jié)果24-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 壅塞氣動系統(tǒng)建模與分析27-36
• 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理27-28
• 3.2 壅塞氣動系統(tǒng)建模28-34
• 3.2.1 高速開關(guān)閥數(shù)學(xué)模型28-30
• 3.2.2 氣缸質(zhì)量流量方程30-31
• 3.2.3 氣缸兩腔能量方程31-33
• 3.2.4 氣缸摩擦力模型33-34
• 3.2.5 氣缸運動學(xué)方程34
• 3.3 本章小結(jié)34-36
• 第四章 壅塞氣動系統(tǒng)驅(qū)動特性研究36-46
• 4.1 驅(qū)動仿真模型36-37
• 4.2 驅(qū)動仿真分析37-42
• 4.3 驅(qū)動參數(shù)設(shè)計42-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 第五章 壅塞氣動系統(tǒng)位置控制研究46-59
• 5.1 控制系統(tǒng)基本要求46
• 5.2 高速開關(guān)閥PWM控制原理46-47
• 5.3 位置控制仿真模型47-49
• 5.4 系統(tǒng)參數(shù)對位置控制的影響49-54
• 5.4.1 氣源壓力的影響50-51
• 5.4.2 進(jìn)氣等效截面積的影響51-52
• 5.4.3 定位位置的影響52-53
• 5.4.4 控制精度的影響53-54
• 5.5 負(fù)載適應(yīng)性對比分析54-58
• 5.5.1 慣性負(fù)載54-56
• 5.5.2 外力負(fù)載56-58
• 5.6 本章小結(jié)58-59
• 第六章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 論文總結(jié)59
• 6.2 論文展望59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 附錄: 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文65

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 丁英濤;謝君堂;仲順安;;微型噴管內(nèi)氣體流動的流量壅塞現(xiàn)象[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2006年12期

2 李強;馮明霞;鄒宗樹;沈峰滿;;壅塞現(xiàn)象法測量氣粉兩相流音速[J];東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年10期

3 袁文全;鞏巖;;精密氣動定位系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用[J];光機電信息;2011年08期

4 韓建海,張河新;氣動比例/伺服控制技術(shù)及應(yīng)用[J];機床與液壓;2001年01期

5 馬延峰;張百海;彭光正;;氣缸運動建模及爬行現(xiàn)象判別[J];機床與液壓;2006年07期

6 王干永;章軍;宋浩;;小型缸的氣-液串聯(lián)復(fù)合驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)仿真[J];機床與液壓;2007年03期

7 胡杰;許昌;;高速開關(guān)閥的氣缸定位控制[J];機械設(shè)計與研究;2011年06期

8 王祖溫,孟憲超,包鋼;基于QFT的開關(guān)閥控氣動位置伺服系統(tǒng)魯棒控制[J];機械工程學(xué)報;2004年07期

9 柏艷紅;李小寧;;氣動位置伺服系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制的改進(jìn)[J];機械工程學(xué)報;2009年08期

10 孔祥臻;蔣守勇;李永斌;;氣動比例系統(tǒng)的智能混合控制[J];機械工程學(xué)報;2009年10期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉慶堂;高壓天然氣管網(wǎng)動態(tài)模擬與壅塞流動特性研究[D];山東大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 楊海鋒;基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣動位置伺服系統(tǒng)的研究[D];昆明理工大學(xué);2010年

2 陶湘廳;基于CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣動位置伺服系統(tǒng)研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

3 游紹文;氣動伺服機間輸送機的研制[D];重慶大學(xué);2005年

4 孫佳;開關(guān)閥控氣缸模型及PWM控制系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

5 胡杰;基于PWM高速開關(guān)閥的氣缸位置控制的研究[D];中國計量學(xué)院;2012年

6 董盛昕;開關(guān)閥控雙作用式氣動閥門定位器控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

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本文編號：841715