电—气转换器转换单元结构优化设计及控制研究

论文摘要

电-气转换器是一种完成由电信号到气信号转换的装置,是许多自动化过程控制系统中不可或缺的关键设备。压电式电气转换器是对薄膜式电气转换器的改进,它利用喷嘴-挡板机构的转换原理,采用压电陶瓷复合圆盘作为挡板微动执行机构,突破了电-气转换装置机械结构的传统模式,结构简单,易于控制。本文主要完成了两个方面的工作:一是研究了压电结构电气转换装置气路参数优化设计,二是阐述了转换器的智能控制系统的软硬件设计过程。其中,压电结构电气转换装置气路参数优化设计是本文的重点部分。以压电双晶片为执行器,设计了一种压电新结构电/气转换装置,论文介绍了该转换装置的结构和工作原理,分析了气路主要影响参数并建立了正交试验表,利用FLUENT软件对整个气路进行参数优化,得到喷嘴挡板间隙背压的特征曲线,确定了气路最佳结构参数组合,实验证明设计参数合理,转换装置具有良好的线性区间,为新一代压电结构电/气转换器的研制打下基础。研制了压电式电-气转换器智能控制系统,该系统以超低功耗的微处理器MSP430F149为核心,由软硬件共同实现控制任务,采用模拟、数字闭环控制方式,使用软件滤波、插值查表等技术,具有控制、诊断和保护智能化的特点,大大提高了控制精度与系统可靠性。通过对转换装置的静态测试和整机现场运行,结果表明,压电式电-气转换器结构设计合理,控制系统性能可靠.

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电-气转换器概述
• 1.1.1 气动执行器在自动化生产中的地位
• 1.1.2 电-气转换器及其工作原理
• 1.2 电-气转换器、定位器在国内外的技术现状及发展趋势
• 1.2.1 电-气转换器、定位器在国内外的技术现状
• 1.2.2 电气转换器、定位器发展趋势
• 1.3 本课题的研究意义及主要研究内容
• 1.3.1 本课题的来源及研究意义
• 1.3.2 压电智能式电－气转换器的总体设计方案
• 1.3.3 论文的主要研究内容
• 第二章 压电式电-气转换器转换单元结构设计
• 2.1 压电物理基础
• 2.1.1 压电效应的定义
• 2.1.2 压电陶瓷材料
• 2.1.3 压电双晶片结构及变形机理
• 2.2 压电式电－气转换器转换装置
• 2.2.1 转换装置机械结构
• 2.2.2 喷嘴－挡板机构及其气路特性
• 2.3 压电式电－气转换装置转换性能的研究
• 本章小结
• 第三章 压电式电-气转换装置气路参数优化设计
• 3.1 FLUENT 软件的介绍
• 3.2 气路正交试验的参数选择和分析
• 3.3 利用FLUENT 软件对气路结构进行优化设计
• 3.3.1 模型的建立
• 3.3.2 网格的划分
• 3.3.3 FLUENT 进行计算
• 3.4 分析数据
• 3.4.1 极差分析
• 3.4.2 单因素分析
• 3.4.3 方差分析
• 3.5 实验研究
• 3.5.1 实验系统
• 3.5.2 实验结果及分析
• 本章小结
• 第四章 压电式电-气转换器控制电路设计
• 4.1 压电式电－气转换器控制系统总体设计
• 4.2 微处理器的选择及其特性
• 4.3 前向通道的设计
• 4.3.1 信号的输入
• 4.3.2 气压信号反馈输入通道设计
• 4.4 后向通道设计
• 4.5 压电陶瓷双晶片驱动电源的设计
• 本章小结
• 第五章 压电式电-气转换器单片机控制软件设计
• 5.1 智能控制系统软件设计概述
• 5.2 控制系统软件流程
• 5.2.1 控制系统主程序设计
• 5.2.2 控制系统主要子程序设计
• 本章小结
• 第六章 压电式电-转换器性能实验研究
• 6.1 压电式电气转换器转换装置静特性测试
• 6.2 传感器的标定
• 6.3 整机性能测试实验
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 程序流程图
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢