【摘 要】
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在现代织造产业中,喷气织机因具有高效、低噪、能源清洁等特点被广泛使用,但是喷气织机耗能严重,且能源消耗的70%都来自于气耗。这是由喷气织机引纬机构的工作特性所决定的,因此优化研究、设计高性能引纬控制阀成为纺织行业亟待解决的问题。本课题采用理论分析和仿真实验的手段,基于压电陶瓷设计了适用于喷气织机引纬控制的高频喷射阀,从数学模型、响应特性、控制算法等方面对该喷射阀进行深入分析。首先根据压电陶瓷的工作
【基金项目】
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陕西省重点研发计划项目,项目名称:基于电致伸缩陶瓷驱动的织机喷气阀开发研究；
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在现代织造产业中,喷气织机因具有高效、低噪、能源清洁等特点被广泛使用,但是喷气织机耗能严重,且能源消耗的70%都来自于气耗。这是由喷气织机引纬机构的工作特性所决定的,因此优化研究、设计高性能引纬控制阀成为纺织行业亟待解决的问题。本课题采用理论分析和仿真实验的手段,基于压电陶瓷设计了适用于喷气织机引纬控制的高频喷射阀,从数学模型、响应特性、控制算法等方面对该喷射阀进行深入分析。首先根据压电陶瓷的工作特性,通过对能量方程的解析,建立了压电驱动器的机电耦合模型,从时域、频域两个层面对驱动器模型进行了变参数仿真,得出动态性能指标数据,保证了模型的有效性。然后,研究基于压电陶瓷驱动的织机高频喷射阀的结构和工作原理,建立了喷射阀驱动机构的有限元模型和耦合模型。仿真了柔性铰链杠杆的四阶模态,分析了阻尼比、驱动器等效刚度、阀芯等效质量对喷射阀驱动机构动态特性的影响,结果表明驱动机构的阶跃响应时间为6 ms,工作频宽稳定,可以输出稳定引纬气流。进一步搭建了喷射阀驱动控制系统,从硬件、软件两个方面对系统进行设计。最后,针对压电陶瓷固有的迟滞非线性的缺陷,设计了一种基于模糊PID的自整定控制方法。通过搭建的仿真平台进行分析,确定喷射阀驱动机构4.5 ms完成开启工作、9.98 ms完成闭合工作。同引纬电磁阀实验数据对比,开启速度提高了约40%,闭合速度提高了约30%。考虑到喷气织机气耗问题的复杂性,仅从数据上观测,气耗量约可减少20%。
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