基于超声电机驱动的气动控制阀的研究

【摘要】：超声电机具有结构简单、易于小型化、定位精度高以及无电磁干扰等特,在高精度的微型驱动场合得到了广泛的应用。本文提出将超声电机应用于动比例压力阀的先导级驱动,以提高电气压力阀的精度和稳定性,是压电驱技术在气动领域中的应用方向的新的探索。 搭建了超声电机的测试系统,测试了超声电机的速度特性,从实验的角度超声电机的位置伺服控制特性进行了分析。实验结果表明,在额定的负载力22N)以内,超声电机具有十纳米级的定位精度,且具有很高的速度刚度。此基础上,提出了超声电机的位置伺服控制模型,为超声电机在气动压力阀的应用提供了基础。 提出了基于超声电机驱动的气动压力控制阀的方案,该阀采用两级驱动,导部分为喷嘴挡板阀,由超声电机的直线位移输出控制挡板与喷嘴之间的间,进而实现对阀整体的控制。对喷嘴挡板阀静特性的分析表明,喷嘴直径和口节流面积是影响喷嘴挡板阀灵敏度的主要因素。 建立了基于超声电机驱动的气动压力阀的数学模型,推导了从挡板位移输到阀的压力输出的传递函数,线性数学模型表明该阀是一个复杂的四阶系,进而推导了流量增益和流量压力系数的表达式。对阀的非线性模型进行了真研究,分析了驱动器特性对阀的性能的影响。 测试了基于超声电机驱动的气动压力控制阀样机的性能,具体包括开环的入输出实验,闭环的稳态和动态特性实验。实验结果表明,在0.3MPa的工压力下,该阀的线性度为±0.5%,分辨率为0.1%,滞回为±0.5%,动态响时间约为2s左右。同时由于超声电机的连续位移输出能力,该阀不存在零、温漂等影响稳定性的问题。