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    气动阀门定位系统的动态建模

    阀门定位器是管束阀的首要附件,其定位精度是整个调节阀管束琐细可否粗略完成的重要关键。以是,研制实用、高效的定位器管束琐细对财打造被动化来讲存在较大理论含意,为低落开拓本钱、膨胀周期、利便琐细参数的批改,采取琐细建仿照真是一种较好的门径。而智能阀门定位器恪守又首要受调节机构的影响,以是本文就以调节机构中的气动薄膜调节阀为例,荟萃定位琐细其它各关键器件特性及工况恪守,建树阀门定位琐细的动静模型并进行研讨。
        2  调节阀定位琐细布局

        如图1所示:实行机构路途为30妹妹;连杆机构最大转角600度,通过传动比为2∶1的齿轮系,使电位器最大改变1200度;电位器在电源电压3.3V作用下输出0~1.1V电压信号,再通过3倍放大器转换为0~3.3V阀位反馈信号;上位机输出设定路途0~0.03m,转化为0~3.3V电压信号,和反馈信号对照输出流弊信号,经PWM管束器处理后孕育发生发火占空比信号以管束压电阀的通断,完成电气转换;规范气源(140~250KPa)经过压电阀驱动实行机构动作。
        3  PWM管束
        压电阀的管束信号采取PWM管束,关闭光阴Ton在脉宽周期Twm规模内可变,占空比D为二者之比,D在0~100%可变。管束信号和输出占空比D的关系以下:

        

        当地位流弊e较大时,则输出连续信号给压电阀(疾速调节);当地位流弊e大小适中,则输出脉冲序列给压电阀(慢速调节);当地位流弊在设定的很小规模0.1%(死区)内时,以为实行器抵达设定地位,此时关闭调节阀,使实行器定位在当前地位。
        4 琐细模型
        (1)压电阀流量方程
        本琐细采取PWM方法对压电阀进行管束,响应频次较高,也许忽略在掀开和关闭屡屡间上的滞后,其宏观效果(光阴匀称)相称于改动导向阀的绝口面积,使得开关阀PWM信号管束时,其输出存在比例阀的特性。忽略压电阀的动静特性,一般采取的是Sanville流量公式,将经过阀口的气体流动过程相通为志向气体经过膨胀喷管的一维等熵流动。
        关于调节进气和排气的两个压电阀,当PWM占空比为D时,阀的无效面积也许表示为:S=S0•D,压电阀口流量系数为Cv,故流量方程表示为:

       

        气源压力为P1,密度ρ1,流速为v0≈0,温度为T0,喷管入口压力P2,气体流速v,密度ρ2,温度为T2,入口面积为S0,汽室压力pb。
        当入口压力低于气源压力时,阀对气缸进行充气,压电阀的进气口压力P1为常数,阀的流量仅是阀芯的位移量和出气口压力的函数,方程在平衡地位的情况下进行线性化得:

       

        令压电阀平衡工作点流量增益,平衡工作点流量压力系数;则:

       

        实行验证取压电阀口流量系数Cv=0.68较合理。
        充气形状(气源≥140kpa)气体流动为亚音速流动:

       

         排气形状(大气≤100kpa)气体流动为音速流动:

       
        (2)气动实行机构模型
        气动实行机构膜头也许分化为气压转换关键、力转换关键和位移转换关键。
        气压转换关键可相通为阻容关键处理:输出气压信号转换为膜头内气压,其信息恪守即增益为1,因此在气路管线不和室不走漏时,该关键的输出信号在稳态时和输出信号应一致,通报函数为:

        

        思忖到理论过程中,气动管线有定然阻力外,另有其惯性和容量,因此通报函数可简化为:

       

        力转换关键相通作为线性比例关键处理:膜头内气压转换为推力,信息恪守由薄膜无效面积决议,通报函数Ft(s)=Aep2(S)。
        理论过程中,薄膜片的无效面积发生发火眇小变卦,推力也会有眇小变卦,构成高低路途时的回差及异样气压下推力的流弊等,从而引入非线性。
        位移转换关键是将推力克服阀的不平衡力和争持力等构成的合力转换为位移,理论过程中,由于该关键有静争持力,情况温度变卦使弹簧刚度发生发火变卦使之变为非线性关键,使用中只能相通为线性关键处理,通报函数:

       

        因此气动薄膜实行机构通报函数可相通为:

        
        理论工作形状下,TV1不是线性的,弹簧刚度和膜头无效面积会发生发火变卦,因此,实行机构信息特性对琐细的影响表现为非线性。气动琐细实质上属于非线性琐细,但线性化阐发为琐细动静特性定性阐发提供了一种无效的才智,同时假设动静过程中各参量的变卦仅是一个眇小量(小扰动),从而为琐细模型的研讨提供了利便。

     

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