內(nèi)窺鏡是現(xiàn)在醫(yī)療檢查必不可少的儀器之一,內(nèi)窺鏡鏡頭的視場、觀察角度、方向等都是可以通過扶鏡系統(tǒng)進行調節(jié)的。氣動調節(jié)閥因控制簡單,反應快速,本質安全,不需另外采取防爆措施等被廣泛應用于工業(yè)過程控制中。壓電閥靈敏度高、穩(wěn)定性好,易于實現(xiàn)開關量或比例式調節(jié),易于實現(xiàn)壓力反饋、本安和定位精度高,更是被廣泛應用于氣動調節(jié)過程。研究壓電先導型氣動閥位置比例控制系統(tǒng),逆將其應用于醫(yī)療內(nèi)窺鏡扶鏡系統(tǒng)中。疊層壓電驅動器采用壓電彎曲片的逆壓電效應,常用作壓電先導閥中,其驅動能力要大于普通的雙晶片。隨著技術的發(fā)展,希望疊層壓電驅動器要滿足低壓驅動和高可靠性的要求。為了滿足對疊層壓電驅動器新的技術要求,本文在傳統(tǒng)疊層壓電陶瓷的基礎上增加了自身變形檢測單元,設計了一種新的低壓疊層壓電驅動器。對壓電驅動器包括所設計的低壓疊層壓電驅動器和壓電雙晶片驅動器的原理及性能做了詳細的仿真和分析,然后對基于壓電驅動器的壓電式先導噴嘴擋板閥的結構及優(yōu)化進行了分析。在此基礎上設計了壓電式電氣比例閥的控制系統(tǒng)及其硬件驅動電路,采用壓力反饋的閉環(huán)控制實現(xiàn)氣壓隨控制信號等比例變化。該閥與氣缸相連,構建基于壓電氣動閥的位置比例控制系統(tǒng),利用位移傳感器反饋構成閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)氣缸位移隨位移設定信號等比例變化。該系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方式,提出了有效的控制模型和控制算法。數(shù)據(jù)采集卡采集設定值位移信號和氣缸反饋位移信號在Simulink Real_time模塊中實時進行PID參數(shù)整定與控制輸出,且該輸出信號作為壓電式電氣比例閥的控制信號。本文搭建了壓電先導型氣動閥位置比例控制系統(tǒng)實驗平臺,并對系統(tǒng)進行了測試,通過位移閉環(huán)控制和遲滯逆補償減小系統(tǒng)位移誤差,改善了系統(tǒng)的控制效果。結果表明,該控制方法在一定程度上減小了位移誤差,最大位移誤差達到0.31cm,氣缸正反行程位移誤差有所不同,在進行位移標定時有必要進行校正。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TH77
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容
第二章 壓電先導閥結構分析及優(yōu)化設計
    2.1 壓電驅動器的原理及性能
        2.1.1 壓電驅動器
        2.1.2 壓電驅動器的工作原理
        2.1.3 壓電彎曲片物理特性仿真分析
        2.1.4 壓電彎曲片的靜態(tài)特性
    2.2 壓電式先導閥結構分析
        2.2.1 噴嘴擋板機構工作原理
        2.2.2 壓電式先導噴嘴擋板閥氣路特性分析
    2.3 壓電式先導噴嘴擋板閥的優(yōu)化設計
    2.4 本章小結
第三章 壓電式電氣比例閥控制系統(tǒng)設計
    3.1 壓電式電氣比例閥的基本結構及工作原理
    3.2 控制系統(tǒng)設計
    3.3 微控制器與算法設計
        3.3.1 STC12C5A60S2 單片機簡介
        3.3.2 電壓反饋PID控制
    3.4 硬件電路設計
        3.4.1 單片機外圍電路
        3.4.2 壓電閥驅動電路設計
    3.5 本章小結
第四章 基于壓電氣動閥的位置比例控制系統(tǒng)設計
    4.1 基于壓電氣動閥的位置比例控制系統(tǒng)
    4.2 數(shù)據(jù)采集模塊
    4.3 PID控制及參數(shù)整定
        4.3.1 PID參數(shù)整定
        4.3.2 PID控制實現(xiàn)
    4.4 遲滯建模及補償控制
        4.4.1 遲滯建模
        4.4.2 遲滯補償控制系統(tǒng)
        4.4.3 壓電氣動閥的位置比例控制系統(tǒng)的前饋控制
    4.5 壓電式電氣比例閥及其它模塊
        4.5.1 壓電式電氣比例閥簡介
        4.5.2 空壓機
        4.5.3 氣缸
        4.5.4 位移傳感器
    4.6 本章小結
第五章 基于壓電氣動閥的位置比例控制系統(tǒng)實驗研究
    5.1 氣動閥壓力測試
    5.2 基于壓電氣動閥的位置比例控制系統(tǒng)的實驗測試
    5.3 本章小結
第六章 總結與展望
參考文獻
附錄1 PZT-5H壓電材料的Ansys建模程序
致謝
攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 秦永濤;蔡琳;李建軍;郭立;;基于獨立主成元的低溫氣動閥動態(tài)響應分析方法[J];載人航天;2017年01期

2 秦永濤;曹文慶;李黨科;薛寧;;低溫氣動閥的人機環(huán)境可靠性評估方法[J];火箭推進;2014年02期

3 李躍;金勤芳;;氣動閥島技術(一)[J];流體傳動與控制;2012年05期

4 李躍;金勤芳;章文俊;;氣動閥島技術(二)[J];流體傳動與控制;2012年06期

5 王雄耀;;融入了工業(yè)4.0的數(shù)字式氣動閥島[J];液壓氣動與密封;2018年06期

6 萬金領,王仁人,張峰;氣動閥島的結構及控制方法[J];液壓與氣動;2000年03期

7 金德林;Φ150氣動閥的設計與試驗[J];真空技術報導;1966年01期

8 鄭志民,甄紅玫;可編程序控制器在氣動閥控制系統(tǒng)中的應用[J];自動化儀表;1994年12期

9 秦永濤;王薇;張志濤;李怡;;載人航天火箭發(fā)動機試驗過程的低溫氣動閥脆性分析方法[J];載人航天;2014年05期

10 劉榮旭;;氣動閥的介質流向與蒸熏爐性能的關系[J];機械設計與制造;1992年02期

相關博士學位論文 前3條

1 劉鴻;六管氣動閥式兩相脈沖爆震發(fā)動機試驗研究[D];南京航空航天大學;2010年

2 宮繼雙;提高氣動閥式脈沖爆震發(fā)動機性能的技術研究[D];南京航空航天大學;2012年

3 王欣;基于PDMS氣動閥的微流體控制方法及其應用研究[D];東北大學;2011年

相關碩士學位論文 前10條

1 黃燕;壓電先導型氣動閥位置比例控制系統(tǒng)研究[D];上海交通大學;2017年

2 姚必興;微型嵌入式氣動閥的動態(tài)特性研究[D];浙江工業(yè)大學;2016年

3 楊光遠;氣動閥式PDE推力性能分析與實驗研究[D];南京航空航天大學;2017年

4 高平波;基于壓電陶瓷驅動器的新型氣動閥研究[D];浙江大學;2006年

5 李春野;小型PDE兩相摻混特性的研究[D];南京航空航天大學;2009年

6 李金鑫;脈沖爆震發(fā)動機結構設計及強度分析[D];南京航空航天大學;2011年

7 溫玉芬;吸氣式脈沖爆震發(fā)動機進氣道的流動特性研究[D];南京航空航天大學;2012年

8 聶志雄;面向細胞打印的氣動閥控式微滴噴射裝置的設計與驗證[D];北京工業(yè)大學;2017年

9 蘭志明;高爐鼓風機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];東北大學;2013年

10 賈冰岳;低阻PDE性能試驗研究[D];南京航空航天大學;2014年

本文編號：2839094