功率放大器基于音圈電機直驅(qū)水液壓閥的動態(tài)特性試驗研究中的應(yīng)用

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實驗名稱：

       功率放大器在音圈電機直驅(qū)水液壓閥的動態(tài)特性試驗研究中的應(yīng)用

實驗目的：

通過NI的多功能IO設(shè)備搭建基于LabVIEW的直驅(qū)閥閉環(huán)控制系統(tǒng)，試驗研究直驅(qū)閥的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性。

實驗設(shè)備：

信號發(fā)生器，功率放大器，音圈電機直驅(qū)閥，力傳感器，位移傳感器，位置調(diào)節(jié)器

實驗內(nèi)容：

次利用數(shù)學模型和仿真軟件MATLAB-Simulink 設(shè)計直驅(qū)閥的閉環(huán)控制器，并分析系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性。

（1）音圈電機直驅(qū)水液壓閥的開環(huán)試驗

開環(huán)試驗主要是給定音圈電機不同階躍電壓，觀察閥芯位移的穩(wěn)態(tài)值，然后與仿真穩(wěn)態(tài)值做以比較，驗證模型的準確性或者理論模型與實際模型之間的差距。

（2）基于Simulink的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)由位置環(huán)和電流環(huán)組成，以基于LabVIEW的NI 設(shè)備為核心，主要完成電流和位置閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制算法。充分利用LabVIEW豐富的IO功能，可對信號、穩(wěn)定地進行檢測，便于控制控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。

（3）基于LabVIEW的PID直驅(qū)閥控制試驗研究

音圈電機直驅(qū)閥的閉環(huán)PID 的實現(xiàn)方法是:在桌面端編寫LabVIEW控制程序，配合多功能IO設(shè)備NI-6341完成PID控制算法的實現(xiàn)、控制量的輸出和電流傳感器、位移傳感器反饋信號的采集;然后NI-6341將PID控制量給到線性功率放大器，完成控制信號到功率驅(qū)動信號的轉(zhuǎn)變，用以驅(qū)動音圈電機。

實驗結(jié)果：

（1）試驗與仿真穩(wěn)態(tài)數(shù)值對比如圖所示，由圖可以看出，仿真模型能較好地描述閥芯位移變化的趨勢，最大偏差約為閥芯總行程的5%;造成模型預測數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)的偏差來源是:實際中復位彈簧在壓縮量為1~3mm之間時，其勁度系數(shù)分別為23N/mm、26.3N/mm、24.5N/mm，而仿真中彈簧的勁度系數(shù)設(shè)定為常數(shù)23N/mm。

（2）由對比曲線可以看出，試驗中的階躍曲線在調(diào)整時間上有較大滯后，仿真中位移在上升階段很快，并且仿真響應(yīng)結(jié)果比試驗結(jié)果的位移超調(diào)量更大。分析原因，偏差應(yīng)該來源于水壓閥的泄漏造成的阻尼效應(yīng)，以及仿真模型中未予考慮的封閉容腔中動態(tài)流量變化引起的阻尼效應(yīng)，這兩個阻尼作用使直驅(qū)閥的整體動態(tài)響應(yīng)不能像仿真中那樣好。