本文關(guān)鍵詞：開關(guān)閥控雙作用式氣動閥門定位器控制研究

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【摘要】：氣動控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。本文所研究的開關(guān)閥控雙作用式氣動閥門定位器，是工業(yè)生產(chǎn)自動化過程控制儀器儀表的重要組成部分。相比較于比例/伺服閥控系統(tǒng)，開關(guān)閥控系統(tǒng)具有價格便宜、抗污染能力強(qiáng)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。由于氣體壓縮性、剛度低和系統(tǒng)摩擦力非線性等原因，氣動控制系統(tǒng)很難獲得較穩(wěn)定的響應(yīng)過程和精確的定位。為實現(xiàn)開關(guān)閥控氣動定位系統(tǒng)較好的位置控制，使其滿足一定的定位指標(biāo)要求，本文針對這種氣動閥門定位器的控制進(jìn)行了相關(guān)研究，分析了系統(tǒng)相關(guān)特性并探究了該控制系統(tǒng)的工作原理方式和控制策略。具體研究內(nèi)容如下： 首先本文采用二位二通開關(guān)閥搭建了開關(guān)閥控雙作用氣動閥門定位器的結(jié)構(gòu)原理圖，并對其進(jìn)行了相關(guān)的機(jī)理建模分析，包括氣缸兩腔的流量連續(xù)性方程、能量方程和運(yùn)動學(xué)方程，分析了氣動系統(tǒng)易產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象的原因，最后重點(diǎn)分析了開關(guān)閥的閥口流量方程、閥芯的運(yùn)動學(xué)方程和運(yùn)動特性。 分析了PWM控制開關(guān)閥的工作原理，在此基礎(chǔ)上，利用AMESim軟件搭建了氣動系統(tǒng)模型，探究了PWM開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)靜態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性，并對所得到的靜特性曲線進(jìn)行了相關(guān)分析。利用AMESim軟件搭建模型探究了開關(guān)閥控系統(tǒng)在雙端單向驅(qū)動信號、雙端同相和逆相驅(qū)動信號三種不同導(dǎo)通方式下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出壓力和壓力波動特性曲線。 根據(jù)前文PWM開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)特性研究，分別探究了氣動控制系統(tǒng)在上述三種不同導(dǎo)通方式下的控制特性，分析得到同相驅(qū)動方式對緩解爬行現(xiàn)象和紋波問題具有明顯的優(yōu)勢，然后探究了系統(tǒng)參數(shù)對同相驅(qū)動方式的性能影響，如初始壓力、管路長度、外負(fù)載等，并尋求系統(tǒng)的最佳可控參數(shù)。最后采用了同相PWM驅(qū)動+PD復(fù)合控制方式對系統(tǒng)進(jìn)行位置控制。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)定位時間小于5s，穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.5%，并且具有較好的穩(wěn)態(tài)特性。 搭建了開關(guān)閥控氣動閥門定位器試驗臺，采用MATLAB/xPC Target工具箱進(jìn)行實時控制和數(shù)據(jù)采集，采用ATMEGA64單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，并使用C語言進(jìn)行編程，然后對上述仿真結(jié)果進(jìn)行了試驗驗證。試驗表明，，試驗結(jié)果與系統(tǒng)仿真的結(jié)果具有較好的吻合性，且滿足實際要求的性能指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：開關(guān)閥 氣動閥門定位器 AMESim 同相PWM
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH138
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 氣動位置控制系統(tǒng)的組成與分類11-12
• 1.2.1 比例/伺服閥控系統(tǒng)11-12
• 1.2.2 開關(guān)閥控系統(tǒng)12
• 1.3 氣動位置控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及分析12-17
• 1.3.1 控制算法研究12-14
• 1.3.2 工作原理方式研究14-17
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容17-18
• 第2章 開關(guān)閥控氣動閥門定位系統(tǒng)建模和分析18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 開關(guān)閥控氣動控制系統(tǒng)機(jī)理建模18-26
• 2.2.1 雙作用氣缸質(zhì)量流量連續(xù)性方程19-20
• 2.2.2 雙作用氣缸兩腔能量方程20-22
• 2.2.3 雙作用氣缸摩擦力數(shù)學(xué)模型22-23
• 2.2.4 雙作用氣缸運(yùn)動學(xué)方程23-24
• 2.2.5 開關(guān)閥的數(shù)學(xué)模型24-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 PWM 開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)特性研究27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 PWM 方式開關(guān)閥的工作原理27-28
• 3.3 PWM 開關(guān)閥的靜特性和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性研究28-32
• 3.3.1 PWM 開關(guān)閥靜特性研究28-31
• 3.3.2 PWM 開關(guān)閥穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性研究31-32
• 3.4 PWM 開關(guān)閥穩(wěn)態(tài)輸出壓力特性研究32-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第4章 PWM 開關(guān)閥控氣動定位系統(tǒng)控制探究37-57
• 4.1 引言37
• 4.2 PWM 開關(guān)閥控氣動定位系統(tǒng)導(dǎo)通方式探究37-43
• 4.2.1 PWM 開關(guān)閥控雙端單向?qū)?/span>38-40
• 4.2.2 PWM 開關(guān)閥控雙端單向驅(qū)動系統(tǒng)響應(yīng)特性40-41
• 4.2.3 PWM 開關(guān)閥控雙端雙向?qū)?/span>41
• 4.2.4 PWM 開關(guān)閥穩(wěn)態(tài)占空比的選擇41-43
• 4.3 PWM 開關(guān)閥控氣動定位系統(tǒng)逆相驅(qū)動43-47
• 4.3.1 PWM 開關(guān)閥控逆相導(dǎo)通43-44
• 4.3.2 PWM 開關(guān)閥控逆相驅(qū)動系統(tǒng)響應(yīng)特性44-47
• 4.4 PWM 開關(guān)閥控氣動定位系統(tǒng)同相驅(qū)動47-50
• 4.4.1 PWM 開關(guān)閥控同相導(dǎo)通47-48
• 4.4.2 PWM 開關(guān)閥控同相驅(qū)動系統(tǒng)響應(yīng)特性48-50
• 4.5 系統(tǒng)參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響50-56
• 4.5.1 氣源壓力的影響51
• 4.5.2 初始壓力的影響51-52
• 4.5.3 慣性負(fù)載的影響52
• 4.5.4 外力負(fù)載的影響52-53
• 4.5.5 動靜摩擦力的影響53
• 4.5.6 管路長度的影響53-54
• 4.5.7 指令信號的影響54-55
• 4.5.8 閥口截面積的影響55
• 4.5.9 定位位置的影響55-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 第5章 開關(guān)閥控氣動閥門定位器試驗研究57-71
• 5.1 引言57
• 5.2 開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)試驗臺的搭建57-61
• 5.2.1 開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)硬件組成及元件參數(shù)57-59
• 5.2.2 開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)軟件59-61
• 5.3 開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出壓力試驗驗證61-62
• 5.4 不同導(dǎo)通方式開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)試驗對比62-66
• 5.5 系統(tǒng)參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響試驗研究66-70
• 5.5.1 氣源壓力試驗研究66
• 5.5.2 初始壓力試驗研究66-67
• 5.5.3 管路長度試驗研究67-68
• 5.5.4 負(fù)載試驗研究68
• 5.5.5 斜坡信號跟隨試驗研究68-69
• 5.5.6 定位位置試驗研究69-70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 致謝77

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