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用
實驗目的:
通過NI的多功能IO設備搭建基于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,并且仿真響應結果比試驗結果的位移超調(diào)量更大。分析原因,偏差應該來源于水壓閥的泄漏造成的阻尼效應,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,這兩個阻尼作用使直驅(qū)閥的整體動態(tài)響應不能像仿真中那樣好。
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審核編輯:鄢孟繁
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