Badania wzmacniacza elektropneumatycznego typu dysze-przesłona z przetwornikiem piezoelektrycznym
[ 1 ] Instytut Technologii Mechanicznej, Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania, Politechnika Poznańska | [ D ] phd student
[ 1 ] Instytut Technologii Mechanicznej, Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
[ 1 ] Instytut Technologii Mechanicznej, Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
EN Research of an Electro-Pneumatic Flapper-Nozzle Type Valve Driven by a Piezoelectric Actuator
polish
PL W pracy przedstawiono badania wzmacniacza pneumatycznego typu dysze-przesłona z przesłoną w postaci piezoelektrycznego przetwornika rurkowego. Skupiono się nad rozwiązaniem problemu histerezy zaworu z tym przetwornikiem, która w znaczący sposób utrudnia budowę i pogarsza parametry zaworów proporcjonalnych. Przedstawiono obszerny przegląd literatury związanej z aktualnym stanem techniki w zakresie zaworów sterujących, ze szczególnym uwzględnieniem zastosowania materiałów aktywnych w ich budowie. Na podstawie przeglądu literatury stwierdzono, że dotychczas nie zbudowano zaworu proporcjonalnego z przetwornikiem piezoelektrycznym, którego charakterystyka statyczna posiadała zbliżoną liniowość do budowanych obecnie zaworów elektromagnetycznych, bez konieczności stosowania zamkniętego układu regulacji lub złożonego układu zasilania. W rozprawie przedstawiono model statyczny i dynamiczny rurkowego przetwornika piezoelektrycznego i najbardziej charakterystycznej nieliniowości materiałów piezoelektrycznych tj. szerokiej histerezy. W celu zamodelowania i dalszej kompensacji histerezy zastosowano uogólniony model Prandtla-Ishlinskiego. Przedstawiono również dynamiczny model uwzględniający zjawiska termodynamiczne zachodzące podczas przepływu ściśliwego gazu przez wzmacniacz dysza-przesłona, który został połączony z modelem przetwornika piezoelektrycznego. Model posłużył do badań symulacyjnych działania zaworu i do przeprowadzenia prac konstrukcyjnych. W pracy przedstawiono budowę i badania trzech prototypów wzmacniacza dysza-przesłona w wersji trójdrogowej i jednego w wersji czterodrogowej. Wyniki badań prototypów zaworów potwierdziły występowanie w zaworze piezoelektrycznym szerokiej kilkudziesięcioprocentowej histerezy pracy. Na podstawie badań doświadczalnych stwierdzono, że zastosowanie zbudowanego odwrotnego uogólnionego modelu histerezy Prandtla-Ishlinskiego umożliwiło kompensację histerezy przetwornika piezoelektrycznego i histerezy statycznej charakterystyki zaworu. Umożliwiło to zbudowanie pierwszego pneumatycznego zaworu sterującego ciśnieniem z przetwornikiem piezoelektrycznym o proporcjonalnej charakterystyce pracy.
EN The thesis presents research of a pneumatic flapper-nozzle type valve driven by a piezoelectric tube actuator. The center of concern was solving of hysteresis problem in a valve with piezoelectric actuator, which hinder developement of proportional valves. A wide survey of scientific papers was made in the field of control valves and application of smart materials in valve technology. Based on this it was ascertained that there are no proportional piezoelectric valves, with linearity similar to industrial proportional valves, which can work properly without closed loop control or with a complex power supply system. In this work a static and dynamic model of piezoelectric tube actuator was build, with consideration of wide nonlinear hysteresis behavior. To model and future compensation of the hysteresis a generalized Prandtl-Ishlinskii model was used. Afterwards a thermodynamic model of a flapper-nozzle system was presented, with consideration of compressible air flow through the valve’s nozzles. Finally the piezo and valve models were combined in order to simulate the whole piezo-valve system. Three three-way and one four-way flapper-nozzle valves were developed. The research of build prototypes have showed several dozen percent hysteresis in the valves. Application of inverse generalized Prantl-Ishlinskii model, in open loop control system, reduced the nonlinear behavior of the static characteristic of the valve to values known from industrial proportional valves in open loop control.
119
DrOIN 1886
Przewód doktorski na starych zasadach – brak niektórych informacji.
no permission to download file
archive
Olaf Ciszak
Poznań, Polska
13.10.2017
polish
no permission to download file
archive
Mirosław Pajor
Szczecin, Polska
06.10.2017
polish
no permission to download file
archive
dissertation
Poznań, Polska
01.12.2017
Rada Wydziału Budowy Maszyn i Zarządzania Politechniki Poznańskiej
doktor nauk technicznych w dyscyplinie: budowa i eksploatacja maszyn, w specjalności: mechatronika, pneumatyka, nowoczesne materiały