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壓電晶片主動(dòng)控制美MAC截止閥
閥作為液、氣壓系統(tǒng)中的重要元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體壓力、流向和流量的控制，特別是微小型流體控制閥作為系統(tǒng)中*的流體控制部件，在需要精密流量輸出和控制的流體系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，比如微流體輸送控制系統(tǒng)、微型液體燃料電池控制系統(tǒng)、微型噴射系統(tǒng)、微氣體壓縮系統(tǒng)等。與傳統(tǒng)常規(guī)控制閥相比微小型流體控制閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、工作效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)，可以很好的提高流體系統(tǒng)的控制精度和動(dòng)態(tài)特性。

壓電晶片主動(dòng)控制美MAC截止閥
壓電驅(qū)動(dòng)器直接作用于流體系統(tǒng)即形成了流體的壓電驅(qū)動(dòng)與控制。壓電驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)在流體系統(tǒng)中的運(yùn)用具有很大的應(yīng)用潛力，近年來(lái)壓電驅(qū)動(dòng)控制類(lèi)流體設(shè)備逐步得到深入研究，壓電型微小流體控制閥成為了其中熱門(mén)研究方向。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)課題和教育部高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新工程重大項(xiàng)目，圍繞壓電晶片主動(dòng)控制美MAC截止閥展開(kāi)研究工作。提出采用圓形壓電振子覆蓋硅膠薄膜設(shè)計(jì)制作美MAC截止閥，利用電信號(hào)控制時(shí)壓電振子一階模態(tài)下的變形對(duì)振子中心位置處的閥口開(kāi)度進(jìn)行控制。通過(guò)理論建模、有限元仿真分析、精密加工設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化、試驗(yàn)測(cè)試等方法進(jìn)行深入研究。1.美MAC截止閥用壓電驅(qū)動(dòng)器的作用機(jī)理和有限元分析 分析了閥用壓電晶片驅(qū)動(dòng)器的作用機(jī)理和工作特性。對(duì)壓電振子進(jìn)行了有限元仿真分析和試驗(yàn)測(cè)試，仿真和試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：圓形壓電振子在驅(qū)動(dòng)電壓作用下的一階模態(tài)變形呈現(xiàn)軸對(duì)稱(chēng)分布；通過(guò)分析美MAC截止閥的工作原理和特點(diǎn)，得到圓形壓電振子符合美MAC截止閥用驅(qū)動(dòng)器的要求，圓形壓電振子在一階諧振頻率內(nèi)的變形時(shí)突起的端部能夠密封和開(kāi)啟閥口。2.美MAC截止閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真研究 基于縫隙流動(dòng)的流量和壓力損失理論對(duì)美MAC截止閥的流場(chǎng)進(jìn)行了有限元仿真模擬，結(jié)果表明：美MAC截止閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響閥的截止性能和流量。基于多目標(biāo)優(yōu)化的Pareto理論，以zui小的受力面積和zui大的流量作為優(yōu)化目標(biāo)，建立了多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)模型，在進(jìn)化算法基礎(chǔ)上，增加差分算法以提高優(yōu)化過(guò)程自適應(yīng)性，經(jīng)差分進(jìn)化算法優(yōu)化后得到一組Pareto*解。、試驗(yàn)結(jié)果表明：美MAC截止閥在氣體壓力下流量控制性能良好。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試對(duì)比分析了不同閥口半徑閥的工作特性，結(jié)果表明：優(yōu)化結(jié)構(gòu)的美MAC截止閥的工作壓力區(qū)間大，且輸出性能和控制性能更好。5.美MAC截止閥的控制系統(tǒng)分析和驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì) 分析了美MAC截止閥的控制特性，提出了開(kāi)環(huán)控制和測(cè)試方案。測(cè)試控制系統(tǒng)需要具有滿足美MAC截止閥要求的驅(qū)動(dòng)電源。

壓電晶片主動(dòng)控制美MAC截止閥
在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于直流變換器原理的開(kāi)關(guān)式電路，研究開(kāi)發(fā)了美MAC截止閥開(kāi)環(huán)控制時(shí)的便攜式驅(qū)動(dòng)電源，電源輸出功率比傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電源高，且輸出電壓穩(wěn)定、頻率可調(diào)。 本文對(duì)深入研究表明：所設(shè)計(jì)的工作壓力范圍較大，截止性能良好，在工作壓力范圍內(nèi)幾乎無(wú)泄漏；閥的流量控制精度較高，并且尺寸較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便，能夠很好地同流體系統(tǒng)匹配。