本文關(guān)鍵詞：基于脈動消除的壓電泵高精度閉環(huán)控制方法研究閉環(huán)控制方法研究

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【摘要】：生物試劑高精度的持續(xù)、穩(wěn)定供給是生命科學(xué)、藥物研制等領(lǐng)域不可獲取的實驗操作手段。隨著技術(shù)的不斷進步，實驗中對流體持續(xù)輸送提出了更高的要求。 壓電泵是微量試劑分配、供給系統(tǒng)中典型的微執(zhí)行部件。它具有體積小、重量輕、響應(yīng)塊、功耗低、無電磁干擾等優(yōu)點，但由于壓電泵是基于機械原理的驅(qū)動方式，導(dǎo)致其輸出流量具有脈動且受背壓、驅(qū)動頻率等因素的影響，使得壓電泵輸出流量的精度不易控制，因而影響其在高精度要求場合的應(yīng)用。 本文首先研究壓電泵的工作機理，，分析其驅(qū)動頻率以及背壓對輸出流量的影響，并分析其工作過程研究流量脈動產(chǎn)生的機理。在此基礎(chǔ)上提出加入流量傳感器采用閉環(huán)控制的方法提高壓電泵流量控制精度。對閉環(huán)控制系統(tǒng)實驗并分析壓電泵輸出流量的脈動以及流量傳感器響應(yīng)頻率對閉環(huán)控制精度的影響。 在分析出影響控制精度的基礎(chǔ)上，本文研制了由薄膜容腔及微通道構(gòu)成的流體濾波器。將濾波器集成到壓電泵與傳感器之間，減小進入流量傳感器時流體流量的脈動幅值，提高流量傳感器的檢測精度進而提高閉環(huán)流量控制的精度。對濾波器的薄膜、微通道進行理論分析，建立數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)出薄膜變形的解析解。利用Comsol軟件建立濾波器的有限元模型，分別對薄膜變形以及微通道流阻進行數(shù)值計算，并分析了通道流阻、泵驅(qū)動頻率以及薄膜半徑對濾波效果的影響。 設(shè)計了電壓開關(guān)型壓電驅(qū)動電路，在固定壓電泵的驅(qū)動電壓，控制其驅(qū)動頻率的基礎(chǔ)上建立PID控制算法，保證系統(tǒng)具有良好的控制精度。然后在硬件的基礎(chǔ)上以C++語言為編程工具為控制系統(tǒng)設(shè)計軟件部分，包括手動控制模塊、自動控制模塊、傳感器通訊、以及網(wǎng)絡(luò)通訊等部分。 在以上技術(shù)研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建壓電泵閉環(huán)控制系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)的組成及工作原理。最后，對所研制的基于脈動消除的壓電泵閉環(huán)控制系統(tǒng)進行性能測試實驗，證明了所設(shè)計的系統(tǒng)滿足設(shè)計要求，這對微量試劑分配技術(shù)的發(fā)展和生物工程領(lǐng)域?qū)嶒灱夹g(shù)水平的提高，具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：壓電泵 流體濾波器 微流體
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH38;TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景及目的和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 壓電泵流量控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 微流體穩(wěn)定器的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 課題來源、主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 影響控釋精度因素分析16-25
• 2.1 壓電泵的原理及工作過程16-17
• 2.2 影響精度因素17-22
• 2.2.1 流道的影響17-18
• 2.2.2 壓電振子的影響18-19
• 2.2.3 閥的影響19-21
• 2.2.4 背壓的影響21
• 2.2.5 頻率的影響21-22
• 2.3 基于閉環(huán)控制的壓電泵精度影響因素22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 面向壓電泵的流體濾波器設(shè)計及優(yōu)化25-41
• 3.1 脈動消除方法25-26
• 3.2 流體濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計26
• 3.3 流體濾波器建模26-30
• 3.3.1 PDMS 薄膜變形分析26-28
• 3.3.2 微通道建模28-29
• 3.3.3 流體濾波器工作建模29-30
• 3.4 濾波器有限元建模分析30-37
• 3.4.1 PDMS 薄膜有限元分析31-33
• 3.4.2 微通道有限元分析33-35
• 3.4.3 流體濾波器流固耦合仿真35-37
• 3.5 濾波效果影響因素分析37-39
• 3.5.1 不同通道流阻對濾波的影響37-38
• 3.5.2 不同頻率對濾波效果的影響38
• 3.5.3 薄膜半徑對效果的影響38-39
• 3.6 流體濾波器加工工藝39-40
• 3.7 本章小結(jié)40-41
• 第四章 壓電泵閉環(huán)控制系統(tǒng)41-55
• 4.1 壓電泵閉環(huán)系統(tǒng)的建立41-47
• 4.1.1 驅(qū)動電路41-43
• 4.1.2 通訊43-44
• 4.1.3 控制系統(tǒng)軟件44-47
• 4.2 基于視覺的實時流速檢測47-50
• 4.2.1 目標檢測48-49
• 4.2.2 跟蹤49-50
• 4.2.3 輪廓提取與位置計算50
• 4.3 基于 PID 的閉環(huán)控制50-54
• 4.3.1 控制目標50
• 4.3.2 控制系統(tǒng)組成原理50-51
• 4.3.3 系統(tǒng)傳遞函數(shù)51-52
• 4.3.4 基于 PID 的控制算法研究52-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第五章 壓電泵閉環(huán)控制實驗研究55-60
• 5.1 壓電泵閉環(huán)控制實驗構(gòu)建55-56
• 5.1.1 壓電泵55-56
• 5.1.2 流量傳感器56
• 5.2 流體濾波器實驗56-57
• 5.3 閉環(huán)控制實驗研究57-59
• 5.3.1 壓電泵開環(huán)實驗57-58
• 5.3.2 無脈動消除的閉環(huán)控制實驗58
• 5.3.3 基于脈動消除的閉環(huán)控制實驗58-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻61-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文63-64
• 致謝64-65

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 代欽,魏潤杰,黃湛,申功p

本文編號：934757