本發明涉及一種壓電泵輸出壓強恒壓控制規律的建模及控制方法，該方法主要適用于不同結構的壓電泵或不能準確建模的壓電泵的控制。
背景技術：
：壓電泵是利用壓電振子作為換能器的流體傳輸裝置，目前已實現的壓電泵有電控壓電胰島素泵、壓電液體蠕動泵和基于硅微加工及薄膜技術的微型泵等。根據壓電泵的結構及實現方式，壓電泵可分為多種類型，以能量轉化形式劃分可分為壓電薄膜泵和壓電超聲泵，以閥結構劃分可分為有閥壓電薄膜泵(懸臂梁、浮動球閥或錐型閥等)和無閥壓電薄膜泵(如錐型管無閥壓電薄膜泵、溫控制動閥壓電薄膜泵等)。壓電薄膜泵包括壓電片驅動和壓電疊堆驅動、單腔體和多腔體(多腔體又可根據腔體連接形式分為串聯和并聯)結構，相對于傳統壓電泵具有結構簡單、體積小、重量輕、耗能低、輸出穩定、輸出精度高等特點，已廣泛應用于醫療、化學分析、航天、汽車發動機燃料供給等領域。由于壓電泵結構種類多，目前壓電泵建模及控制過程中，模型建立復雜、模型建立不準確，控制多為開環控制，且控制過程中非線性環節多、控制效果不理想。為解決上述問題，需開發適合結構復雜、線性建模不準確的建模及控制方法。現有壓電泵的驅動控制是通過開環控制壓電振子或壓電疊堆驅動電壓的頻率和幅值為主，雖有一些閉環控制的方案和方法，如中國專利公告(布)號為CN103557143，公開(公告)日：2014.02.05，發明名稱為閉環壓電薄膜泵及其流量控制方法，該專利是蘇州大學實現的基于PID控制算法的壓電泵閉環控制，該方法以壓電泵輸出流量為反饋量，模型控制器為PID控制器，可是壓電系統具有很大的非線性和滯后特性，導致其實際控制效果不理想。而本發明選取幾種典型壓電泵提煉出一種建模簡單實用性強的建模及控制方法，即通過標定繪制map圖的方法來實現壓電泵的建模及控制方法。技術實現要素：本發明提出一種壓電泵輸出壓強恒壓控制的map圖建模控制方法，來解決壓電泵控制過程中分析壓電泵泵體結構及流體動力學過程建模復雜、模型建立不準確而導致控制效果不理想的問題。本發明的目的通過以下方案實現：本發明提供一種壓電泵輸出壓強恒壓控制系統，包括PC機、NI采集卡、采集卡接線盒、壓電振子驅動電源、壓電泵、壓電泵入口處量筒、壓電泵入口處1號壓力傳感器、壓電泵出口處量筒、壓電泵出口處2號壓力傳感器；NI采集卡安裝于PC機上，NI采集卡通過電纜與采集卡接線盒連接，壓電振子驅動電源的輸入通道通過電纜與采集卡接線盒AO口連接，壓電振子驅動電源的輸出通道通過電纜與壓電泵連接，壓電泵入口處1號壓力傳感器及壓電泵出口處2號壓力傳感器的檢測輸出電信號分別通過電纜連接于采集卡接線盒AI端口，壓電泵入口處量筒及壓電泵入口處1號壓力傳感器通過軟管連接在壓電泵入口處，壓電泵出口處量筒及壓電泵出口處2號壓力傳感器通過軟管連接在壓電泵出口處。本發明同時提供一種壓電泵輸出壓強恒壓控制系統的控制方法，所述PC機matlab控制系統中內嵌有壓電控制map圖查詢模塊，通過查詢壓電控制map圖查詢模塊，輸出壓電泵所需的電壓幅值及頻率，實現對壓電泵輸出壓強的恒壓控制：控制系統通過PC機人機接口輸入壓電泵出口處期望給定壓強P′out；壓電控制map圖查詢模塊獲取該期望給定壓強P′out后，實時讀取由1號壓力傳感器檢測到的當前狀態壓電泵入口處壓強Pin；壓電控制map圖查詢單元查詢控制map圖輸出壓電泵出口處期望壓強為P′out時壓電泵需要的驅動電壓電壓幅值V′in及頻率H′in；NI采集卡按幅值V′in及頻率H′in的值通過AO通道輸出電壓信號；壓電振子驅動電源將所述電壓信號保持頻率不變，幅值放大若干倍得到壓電泵驅動電壓的幅值Vin及頻率Hin；壓電泵出口處2號壓力傳感器實時檢測壓電泵出口處壓力值并反饋給壓電控制map圖查詢單元，實現對壓電泵輸出壓強的恒壓控制。進一步地，所述壓電控制map圖查詢模塊控制過程包括以下步驟：步驟一、確定影響壓電泵出口壓強的參數變量：確定影響壓電泵出口壓強的參數變量為壓電泵入口壓強、壓電振子驅動電壓頻率及幅值，且壓電泵入口壓強屬于擾動量，壓電振子驅動電壓的幅值及頻率屬于控制量；步驟二、壓電泵出口壓強標定及map圖繪制；步驟三、采用map圖對壓電泵輸出壓強進行控制。進一步地，所述步驟二壓電泵出口壓強標定及map圖繪制包括以下步驟：①劃分參數變量標定刻度：在壓電泵入口壓強可變化范圍內將壓電泵入口壓強均分為n1份，壓電泵入口壓強變化基準壓強為P0，步長為δp；在壓電驅動電壓頻率可變化的范圍內將壓電驅動電壓頻率均分為n2份，壓電驅動電壓頻率變化基準頻率為H0，步長為δH；在壓電驅動電壓幅值可變化的范圍內將壓電振子驅動電壓幅值均分為n3份，壓電振子驅動電壓幅值基準電壓為為V0，步長為δV。②壓電振子驅動電壓幅值變量變化標定數據獲取：取壓電泵入口壓強為P0，壓電振子驅動電壓頻率為H0，壓電振子驅動電壓幅值為Vin時，測量壓電泵出口壓強POut的值；保持P0、H0不變，取壓電振子驅動電壓幅值依次為Vin＝V0+x*δV(x取值為0,1,2，……，n3)時壓電泵出口壓強POut的值，記錄壓電泵入口壓強為P0、壓電振子驅動電壓頻率為H0時，壓電泵出口壓強隨壓電泵驅動電壓幅值變化的數據信息，以table表形式記錄，此步驟共可得1張table表；③壓電振子驅動電壓幅值、驅動電壓頻率變量變化標定數據獲取：在壓電振子驅動電壓幅值變量變化標定的基礎上取壓電泵入口壓強P0，壓電振子驅動電壓頻率依次Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)時，對應P0、Hin時刻壓電振子驅動電壓幅值依次為Vin＝V0+x*δV(x取值為0,1,2，……，n3)時壓電泵出口壓強Pout的值，記錄壓電泵入口壓強為P0、壓電振子驅動電壓頻率依次為Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)時，壓電泵出口壓強隨壓電泵驅動電壓幅值變化的數據信息，記錄相應的table表，此步驟可得n2+1張table表；④壓電振子驅動電壓幅值、驅動電壓頻率、壓電泵入口壓強變量變化標定數據獲取：在壓電振子驅動電壓幅值、驅動電壓頻率變量變化標定的基礎上依次取壓電泵入口壓強Pin依次為Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)，壓電振子驅動電壓頻率為Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)，壓電振子驅動電壓幅值為Vin＝V0+x*δV(x取值為0,1,2，……，n3)時壓電泵出口壓強Pout的值，記錄對應壓電泵入口壓強Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)，壓電振子驅動電壓頻率為Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)時壓電泵出口壓強隨壓電泵驅動電壓幅值變化的數據信息，記錄相應的table表，此步驟共可得(n2+1)*(n1+1)張table表；⑤壓電泵出口壓強map圖繪制：取Pin＝P0時以壓電泵驅動電壓幅值為X軸、壓電振子驅動電壓頻率為Y軸、壓電泵出口壓強為Z軸繪制一個三維坐標系，由Pin＝P0，Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)時壓電泵出口壓強隨壓電泵驅動電壓幅值變化獲得n2+1張table表，在所述三維坐標系中繪制壓電泵入口壓強為P0時，壓電泵出口壓強Pout關于壓電振子驅動電壓頻率Hin及幅值Vin的三維map圖；依次類推取壓電泵入口壓強Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)，壓電振子驅動電壓頻率為Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)時壓電泵出口壓強隨壓電泵驅動電壓幅值變化的(n2+1)*(n1+1)張table表，繪制壓電泵入口壓強為Pin時，壓電泵出口壓強Pout關于壓電振子驅動電壓頻率Hin及幅值Vin的三維map圖，此步驟共可繪制n1+1張三維map圖；⑥壓電泵出口壓強控制map圖生成取Pin＝P0時壓電泵出口壓強Pout關于壓電振子驅動電壓頻率Hin及幅值Vin的三維map圖，在map圖中，壓電振子驅動頻率由小到大變化，壓電振子驅動幅值由小到大變化，輸出壓強Pout取第一個最大值時的點為壓電泵輸出壓強控制的最佳工作點，此時壓電振子驅動電壓的幅值為壓電振子驅動電壓最佳工作幅值Vmax，壓電振子驅動電壓頻率為壓電振子驅動電壓最佳工作頻率Hmax，取Vin<＝Vmax,Hin<＝Hmax時map圖為壓電泵出口壓強控制map圖，依此方法取壓電泵入口壓強Pin為Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)時，獲得對應壓電泵入口壓強Pin處壓電泵出口壓強控制map圖，此過程共可獲得n1+1張三維壓電泵出口壓強控制map圖；⑦壓電泵出口壓強控制map圖對應table表生成根據Pin＝P0時壓電振子驅動電壓最佳工作幅值Vmax及壓電振子驅動電壓最佳工作頻率Hmax，對壓電振子驅動電壓幅值、驅動電壓頻率變量變化標定數據獲取過程中獲取的n2+1張table表進行處理，處理過程為保留n2+1張table表中Vin<＝Vmax,Hin<＝Hmax的數據，刪除n2+1張table表中Vin>Vmax,Hin>Hmax的數據，生成壓電泵出口壓強控制map圖對應table表；依次類推，取Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)時，對對應的table表數據做相同處理。進一步地，所述步驟三采用map圖對壓電泵輸出壓強進行控制包括以下步驟：①寫入map圖到控制程序：依據壓電泵出口壓強標定及map圖繪制過程中所得的在不同壓電泵入口壓強Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)時，壓電泵出口壓強Pout關于壓電振子驅動電壓頻率Vin<＝Vmax,Hin<＝Hmax)的三維map圖(共n1+1張)，以及對應的(n2+1)*(n1+1)張table表，將壓電泵出口壓強Pout關于壓電泵入口壓強Pin、壓電振子驅動電壓幅值Vin及壓電振子驅動電壓頻率Hin的關系以table表數據的形式存儲于PC機控制程序中；②map圖對壓電泵輸出壓強控制過程：a、初始化控制參數：依據壓電泵出口壓強標定及map圖繪制過程中繪制的map圖信息初始化map圖查詢單元，包括壓電泵輸出壓強的最大最小值、輸入壓強的最大最小值、壓電振子驅動電壓幅值及頻率的最大值及最小值、map圖查詢單元的查詢周期；b、map圖查詢最優解：給定期望壓電泵出口處壓強P′out，在一個查詢周期開始時，壓電控制map圖查詢模塊實時讀取當前狀態壓電泵出口處壓強Pout，若當前狀態壓電泵出口處壓強Pout與給定期望壓電泵出口處壓強P′out相等，壓電控制map圖查詢模塊讀取當前狀態下壓電振子驅動電源輸出電壓信號的幅值Vin及頻率Hin，令最優解H′in＝Hin，V′in＝Vin。若當前狀態壓電泵出口處壓強Pout與給定期望壓電泵出口處壓強P′out不相等，壓電控制map圖查詢模塊讀取當前狀態下壓電泵入口處壓強Pin、壓電振子驅動電源輸出電壓信號的幅值Vin及頻率Hin，壓電控制map圖查詢模塊查詢已標定且經過最佳工作點截取后map圖庫，得出壓電泵入口壓強為Pin時壓電泵出口壓強Pout關于壓電泵驅動電壓頻率Hin及幅值Vin的三維map圖，查詢該三維map圖得出與輸出壓強Po′ut一致的壓電振子驅動電壓頻率及幅值最優解H′in，V′in；c、根據最優解對壓電泵控制：根據壓電控制map圖查詢模塊查詢結果最優H′in，V′in或次最優H′in，V′in通過采集卡端子輸出幅值為V′in和頻率為H′in的電壓信號。本發明具有以下有益效果：1、傳統的壓電泵控制方法需對壓電振子準確建模，需結合壓電泵的結構，分析壓電振子在振動時受力情況，該分析均是在理想情況下，若壓電泵生產過程中，出現微小偏差，均會使壓電泵的性能與理論分析相差甚遠，本發明提出的方法消除了對壓電泵建模過程中準確分析的依賴，避免了因為理論分析模型不準確或生產過程中的微小差異導致壓電泵實際性能與理論分析不符而不能實現精確控制的情況，使壓電泵輸出壓強的控制更易于實現。2、根據壓電泵的實現形式，壓電泵分為薄膜泵和超聲泵；根據壓電泵的結構，壓電泵分為有閥泵、無閥泵、串聯泵、并聯泵、單腔體泵、多腔體泵。傳統的控制方法只適用于其中的一種或多種壓電泵的控制，使用范圍較小，本發明提出的方法適用于所有結構的壓電泵控制，適用范圍廣。3、本發明提出的方法，思路簡單，易于操作，且控制精度較高。map圖的繪制只需根據壓電泵所處實際工況將所需工況逐點標定準確，即可對實現壓電泵輸出壓強的精確控制。附圖說明圖1為本發明的系統應用結構示意圖。圖2為本發明的系統硬件工作示意圖。圖3為本發明的硬件電路連接圖。圖4為本發明的控制系統方框示意圖。圖5為本發明壓電控制map圖查詢模塊map圖繪制及map圖查詢流程圖。圖6為壓電泵輸入口壓強及壓電振子驅動電壓頻率為一個恒定值時，壓電泵輸出口壓強隨著壓電振子驅動電壓幅值變化的擬合曲線圖；圖中：X軸為壓電振子驅動電壓幅值，Y軸為壓電振子驅動電壓頻率，Z軸為壓電泵出口壓強。圖7為壓電泵輸入口壓強及壓電振子驅動電壓幅值為一個恒定值時，壓電泵輸出口壓強隨著壓電振子驅動電壓頻率變化的擬合曲線圖；圖中：X軸為壓電振子驅動電壓幅值，Y軸為壓電振子驅動電壓頻率，Z軸為壓電泵出口壓強。圖8為壓電泵輸入口壓強為一個恒定值時，壓電泵輸出口壓強隨著壓電振子驅動電壓幅值及頻率變化的三維map圖；圖中：X軸為壓電振子驅動電壓幅值，Y軸為壓電振子驅動電壓頻率，Z軸為壓電泵出口壓強。圖9-1為壓電泵輸入口壓強為10mm水柱高度時，對應壓電泵輸出口壓強隨著壓電振子驅動電壓幅值及頻率變化的三維map圖。圖9-2為壓電泵輸入口壓強為20mm水柱高度時，對應壓電泵輸出口壓強隨著壓電振子驅動電壓幅值及頻率變化的三維map圖。圖9-3為壓電泵輸入口壓強為30mm水柱高度時，對應壓電泵輸出口壓強隨著壓電振子驅動電壓幅值及頻率變化的三維map圖。圖9-4為壓電泵輸入口壓強為40mm水柱高度時，對應壓電泵輸出口壓強隨著壓電振子驅動電壓幅值及頻率變化的三維map圖。圖10為壓電泵輸入口壓強為20mm時根據最佳工作點截取的map圖。圖11為已知壓電泵輸入口處壓強，根據對應壓電泵入口壓強處標定的三維map圖查詢輸出壓電振子驅動電源的電壓幅值及頻率(最優解)過程的流程圖；圖中：Pin為壓電泵工作時入口處壓強傳感器測量的實際壓強，Pout為壓電泵工作時出口處壓強傳感器測量的實際壓強，Hin，Vin為當前壓電振子驅動電壓的頻率和幅值，P′out為壓電泵出口壓強目標值，H′out，V′out為查詢map圖后所得的最優解。具體實施方式下面結合附圖對本發明作詳細的描述：本發明壓電泵輸出壓強恒壓控制系統應用結構示意圖為圖1，硬件系統包括PC機、NI公司PCI6251采集卡、采集卡接線盒、芯明天HVA壓電振子驅動電源、壓電泵、壓電泵入口處量筒及入口處1號壓力傳感器、壓電泵出口處量筒及出口處2號壓力傳感器。PCI6251采集卡安裝于PC機的PCI插槽處，PCI6251采集卡通過采集卡自帶的電纜與采集卡接線盒連接，HVA壓電振子驅動電源的輸入通道通過電纜與采集卡接線盒AO口連接，HVA壓電振子驅動電源的輸出通道通過電纜與壓電泵連接，壓電泵入口及出口處1號壓力傳感器和2號壓力傳感器的檢測輸出電信號通過電纜連接于采集卡接線盒AI端口，壓電泵入口處通過一個三通管接頭及軟管將壓電泵入口、1號壓力傳感器、入口量筒連接，壓電泵出口處通過一個三通管接頭及軟管將壓電泵出口、2號壓力傳感器、出口量筒連接。本發明壓電泵輸出壓強恒壓控制系統硬件工作示意圖為圖2，位于PC機中的上位機控制軟件通過采集卡發送壓電泵控制電壓信號給壓電振子驅動電源，壓電振子驅動電源接收到控制電壓信號后對控制電壓信號進行放大并輸出，壓電振子驅動電源驅動壓電泵使壓電泵的泵送能力改變，將入口處量筒里的溶液泵送到出口處量筒里，位于壓電泵入口處及出口處的1號壓力傳感器、2號壓力傳感器將壓電泵入口及出口處的壓力信號轉換為電信號發送給采集卡的采集口(本發明中采用流體液位高度表示壓電泵入口及出口處流體壓強，如10.336m水柱＝1標準大氣壓)，采集卡將采集到的壓力值發送給PC機中上位機控制軟件。本發明系統硬件電路連接圖為圖3，本發明所用的1號壓力傳感器和2號壓力傳感器為MPX5100DP壓力傳感器，MPX5100DP壓力傳感器有三個引腳，引腳1為供電引腳，引腳2為GND引腳，引腳3為輸出信號引腳。本發明采用外接24V直流電源，通過LM2576-5V芯片將24V轉換5V給MPX5100DP壓力傳感器供電，MPX5100DP壓力傳感器信號輸出引腳將檢測到的壓力信號連接至采集卡接線盒接線端子上。如圖3所示電壓轉換電路由自恢復保險絲F1、整流二極管D1、電容C1、電容C2、電壓轉換芯片LM2576-5V、電感L1、電容C3、電容C4、肖特基二極管D2組成。24V電源的正端子與自恢復保險絲F1的左端連接，自恢復保險絲F1的右端連接整流二極管D1的正極，整流二極管D1的負極連接電容C1的上端，電容C1的上端連接電解電容C2正極之后連接LM2576-5V芯片的引腳1，LM2576-5V芯片的引腳3與電容C1的下端、電容C2的負極、24V電源的負端子連接在一起之后連接地GND，LM2576-5V芯片的引腳5連接地GND，LM2576-5V芯片的引腳2連接電感L1的左端，LM2576-5V芯片的引腳4連接電感L1的右端，電容C3的正極連接電容C4的上端并與電感L1的右端連接在一起，電容C3的負極與電容C4的下端連接在一起并連接地GND，肖特基二極管D2的正極連接電容C3的負極，肖特基二極管D2的負極連接LM2576-5V芯片的引腳2。其中電容C1、電容C4的容值為0.1uF，電容C2的容值為4.7uF/50V，電容C4的容值為4.7uF/16V，電感L1的感抗為330uH，電容C1、電容C2并聯具有輸入濾波和保護LM2576-5V芯片的作用，電容C3、電容C4并聯具有輸出濾波的作用，電感L1存儲能量，肖特基二極管D2為續流二極管。1號壓力傳感器和2號壓力傳感器MPX5100DP的連接電路如圖3所示，MPX5100DP壓力傳感器電路由MPX5100DP、電容C5、電容C6、電容C7組成。電容C5和電容C6的上端連接在一起后連接LM2576-5V芯片的引腳4和MPX5100DP的引腳1(供電電源引腳)，電容C5和電容C6的下端連接在一起后連接MPX5100DP的引腳2(GND引腳)，電容C7右端連接MPX5100DP的引腳3(信號引腳)，電容C7左端連接MPX5100DP的引腳2(GND引腳)。圖中+5v通過兩個并聯的電容濾波后給MPX5100DP供電，MPX5100DP輸出信號通過一個電容濾波輸出給PCI6251采集卡。1號壓力傳感器MPX5100DP輸出信號用Vout1表示，2號壓力傳感器MPX5100DP輸出信號用Vout2表示。1號壓力傳感器MPX5100DP與PCI6251采集卡的連接關系為MPX5100DP輸出信號引腳3(信號引腳)連接PCI6251采集卡的33引腳(AI1引腳)，MPX5100DP引腳2(GND引腳)連接PCI6251采集卡的32引腳(AIGND引腳)。2號壓力傳感器MPX5100DP與PCI6251采集卡的連接關系為MPX5100DP輸出信號引腳3(信號引腳)連接PCI6251采集卡的65引腳(AI2引腳)，MPX5100DP引腳2(GND引腳)連接PCI6251采集卡的64引腳(AIGND引腳)。PCI6251采集卡與HVA壓電振子驅動電源的連接關系為PCI6251采集卡22引腳(AO0)與HVA壓電振子驅動電源的輸入通道1的正極連接，PCI6251采集卡55引腳(AOGND)與HVA壓電振子驅動電源的輸入通道1的負極連接。本發明控制系統方框示意圖如圖4所示，本發明控制系統通過預先標定不同工況下壓電泵泵送能力，建立相應的數學模型，將不同工況下壓電泵泵送能力繪制成map圖，通過對標定得來的map圖進行優化生成控制map圖，將控制map圖以數據表的形式存儲于上位機控制系統形成壓電控制map圖查詢模塊。該系統通過內嵌在上位機中的壓電控制map圖查詢模塊實現對壓電泵輸出壓強的恒壓控制，控制系統通過PC機人機接口(本發明中采用Matlab作為人機接口)輸入壓電泵出口處期望給定壓強P′out，壓電控制map圖查詢模塊獲取該期望給定壓強P′out后，實時讀取由1號壓力傳感器檢測到的當前狀態壓電泵入口處壓強Pin，壓電控制map圖查詢單元查詢控制map圖輸出到達壓電泵出口處期望壓強P′out時壓電泵需要的驅動電壓電壓幅值V′in及頻率H′in，NI采集卡按幅值V′in及頻率H′in的值通過AO通道輸出電壓信號，壓電振子驅動電源將該電壓信號頻率不變幅值放大20倍得到壓電泵驅動電壓的幅值Vin及頻率Hin，壓電泵出口處2號壓力傳感器實時檢測壓電泵出口處壓力值并反饋給壓電控制map圖查詢單元。整個控制過程是在線實時控制的，由于壓電泵在工作過程中，壓電泵入口處流體壓強是根據實際工況變化的，壓電泵只能通過改變壓電泵振子驅動電源輸出的電壓幅值及頻率來改變壓電泵的泵送能力，所以壓電泵入口流體壓強在本控制系統中屬于擾動量，壓電泵壓電振子幅值及頻率為壓電控制map圖查詢單元輸出量，壓電泵出口處流體壓強為整個系統控制量。依據上述建模及控制方法,內嵌在上位機中的壓電控制map圖查詢模塊map圖繪制及map圖查詢流程如圖5所示，map圖繪制及壓電泵map圖控制過程步驟如下：本發明壓電控制map圖查詢模塊控制過程包含確定影響壓電泵出口壓強參數變量數據、壓電泵標定及三維map圖繪制、壓電泵map圖控制過程三個部分。1、確定影響壓電泵出口壓強的參數變量通過反復試驗，隨機改變壓電泵入口壓強、壓電振子驅動電壓的幅值及頻率，當壓電泵入口壓強及壓電振子驅動電壓頻率為一固定值時，壓電泵出口處壓強隨壓電振子驅動電壓幅值變化且變化關系為如圖6所示的線性關系；當壓電泵入口壓強及壓電振子驅動電壓幅值為一固定值時，壓電泵出口處壓強隨壓電振子驅動電壓頻率變化且變化關系為如圖7所示的非線性關系；當壓電振子驅動電壓幅值及頻率固定時，壓電泵出口處壓強隨壓電泵入口處壓強亦發生變化，且變化無明顯的線性或非線性關系。故可確定影響壓電泵出口壓強的參數變量為壓電泵入口壓強、壓電振子驅動電壓頻率及幅值。考慮壓電泵在實際應用的過程中，壓電泵入口壓強是隨機的，壓電振子驅動電壓的幅值及頻率是可調的，壓電泵入口流體壓強屬于擾動量，壓電振子驅動電壓的幅值及頻率屬于控制量。2、壓電泵出口壓強標定及map圖繪制①劃分參數變量標定刻度通過反復試驗，根據參數變量范圍，在壓電泵入口壓強可變化范圍內將壓電泵入口壓強均分為n1份，壓電泵入口壓強變化基準壓強為P0，步長為δp；在壓電振子驅動電壓頻率可變化的范圍內將壓電振子驅動電壓頻率均分為n2份，壓電振子驅動電壓頻率變化基準頻率為H0，步長為δH；在壓電振子驅動電壓幅值可變化的范圍內將壓電振子驅動電壓幅值均分為n3份，壓電振子驅動電壓幅值基準電壓為為V0，步長為δV。②壓電振子驅動電壓幅值變量變化標定數據獲取取壓電泵入口壓強為P0，壓電振子驅動電壓頻率為H0，壓電振子驅動電壓幅值為Vin時，測量壓電泵出口壓強POut的值。保持P0、H0不變，取壓電振子驅動電壓幅值依次為Vin＝V0+x*δV(x取值為0,1,2，……，n3)時壓電泵出口壓強POut的值，記錄壓電泵入口壓強為P0、壓電振子驅動電壓頻率為H0時，壓電泵出口壓強隨壓電泵驅動電壓幅值變化的數據信息，該信息以table表形式記錄(為一個二維數組，數組第一維數據為壓電振子驅動電壓的幅值，數組第二維數據為壓電泵出口處壓強)，此過程共可得1張table表。③壓電振子驅動電壓幅值、驅動電壓頻率變量變化標定數據獲取在壓電振子驅動電壓幅值變量變化標定的基礎上取壓電泵入口壓強P0，壓電振子驅動電壓頻率依次Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)時，對應P0、Hin時刻壓電振子驅動電壓幅值依次為Vin＝V0+x*δV(x取值為0,1,2，……，n3)時壓電泵出口壓強Pout的值，記錄壓電泵入口壓強為P0、壓電振子驅動電壓頻率依次為Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)時，壓電泵出口壓強隨壓電泵驅動電壓幅值變化的數據信息，記錄相應的table表(為一個二維數組，數組第一維數據為壓電振子驅動電壓的幅值，數組第二維數據為壓電泵出口處壓強)，此步驟可得n2+1張table表。④壓電振子驅動電壓幅值、驅動電壓頻率、壓電泵入口壓強變量變化標定數據獲取在壓電振子驅動電壓幅值、驅動電壓頻率變量變化標定的基礎上依次取壓電泵入口壓強Pin依次為Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1),壓電振子驅動電壓頻率為Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)，壓電振子驅動電壓幅值為Vin＝V0+x*δV(x取值為0,1,2，……，n3)時壓電泵出口壓強Pout的值，記錄對應壓電泵入口壓強Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)，壓電振子驅動電壓頻率為Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)時壓電泵出口壓強隨壓電泵驅動電壓幅值變化的數據信息，記錄相應的table表(為一個二維數組，數組第一維數據為壓電振子驅動電壓的幅值，數組第二維數據為壓電泵出口處壓強)，此步驟共可得(n2+1)*(n1+1)張表。⑤壓電泵出口壓強map圖繪制取Pin＝P0時以壓電泵驅動電壓幅值為X軸、壓電振子驅動電壓頻率為Y軸、壓電泵出口壓強為Z軸繪制一個三維坐標系，由Pin＝P0，Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)時壓電泵出口壓強隨壓電泵驅動電壓幅值變化獲得n2+1張table表在該三維坐標系中繪制壓電泵入口壓強為P0時，壓電泵出口壓強Pout關于壓電振子驅動電壓頻率Hin及幅值Vin的三維map圖，如圖8所示。依次類推取壓電泵入口壓強Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)，壓電振子驅動電壓頻率為Hin＝H0+y*δH(y取值為0,1,2，……，n2)時壓電泵出口壓強隨壓電泵驅動電壓幅值變化的(n2+1)*(n1+1)張table表,繪制壓電泵入口壓強為Pin時，壓電泵出口壓強Pout關于壓電振子驅動電壓頻率Hin及幅值Vin的三維map圖，如圖9所示，此過程中共可繪制n1+1張三維map圖。⑥壓電泵出口壓強控制map圖生成取Pin＝P0時壓電泵出口壓強Pout關于壓電振子驅動電壓頻率Hin及幅值Vin的三維map圖，在map圖中，壓電振子驅動頻率由小到大變化，壓電振子驅動幅值由小到大變化，輸出壓強Pout取第一個最大值時的點為壓電泵輸出壓強控制的最佳工作點，此時壓電振子驅動電壓的幅值為壓電振子驅動電壓最佳工作幅值Vmax，壓電振子驅動電壓頻率為壓電振子驅動電壓最佳工作頻率Hmax，取Vin<＝Vmax,Hin<＝Hmax時map圖為壓電泵出口壓強控制map圖，如圖10所示，依此方法取壓電泵入口壓強Pin為Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)時，獲得對應壓電泵入口壓強Pin處壓電泵出口壓強控制map圖，此過程共可獲得n1+1張三維壓電泵出口壓強控制map圖。⑦壓電泵出口壓強控制map圖對應table表生成根據Pin＝P0時壓電振子驅動電壓最佳工作幅值Vmax及壓電振子驅動電壓最佳工作頻率Hmax，對壓電振子驅動電壓幅值、驅動電壓頻率變量變化標定數據獲取過程中獲取的n2+1張table表進行處理，處理過程為保留n2+1張table表中Vin<＝Vmax,Hin<＝Hmax的數據，刪除n2+1張table表中Vin>Vmax,Hin>Hmax的數據，生成壓電泵出口壓強控制map圖對應table表。依次類推，取Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)時，對對應的table表數據做相同處理。3、采用map圖對壓電泵輸出壓強進行控制①寫入map圖到控制程序依據壓電泵出口壓強標定及map圖繪制過程中所得的在不同壓電泵入口壓強Pin＝P0+z*δp(z取值為0,1,2，……，n1)時，壓電泵出口壓強Pout關于壓電振子驅動電壓頻率Vin<＝Vmax,Hin<＝Hmax)的三維map圖(共n1+1張)，以及對應的(n2+1)*(n1+1)張table表，將壓電泵出口壓強Pout關于壓電泵入口壓強Pin、壓電振子驅動電壓幅值Vin及壓電振子驅動電壓頻率Hin的關系以table表數據的形式存儲于上位機matlab控制程序中。②map圖對壓電泵輸出壓強控制過程a、初始化控制參數依據壓電泵出口壓強標定及map圖繪制過程中繪制的map圖信息初始化map圖查詢單元包括壓電泵輸出壓強的最大最小值、輸入壓強的最大最小值、壓電振子驅動電壓幅值及頻率的最大值及最小值、map圖查詢單元的查詢周期。b、map圖查詢最優解給定期望壓電泵出口處壓強P′out，在一個查詢周期開始時，壓電控制map圖查詢模塊實時讀取當前狀態壓電泵出口處壓強Pout，若當前狀態壓電泵出口處壓強Pout與給定期望壓電泵出口處壓強P′out相等，壓電控制map圖查詢模塊讀取當前狀態下壓電振子驅動電源輸出電壓信號的幅值Vin及頻率Hin，令最優解H′in＝Hin，V′in＝Vin。若當前狀態壓電泵出口處壓強Pout與給定期望壓電泵出口處壓強Po′ut不相等，壓電控制map圖查詢模塊讀取當前狀態下壓電泵入口處壓強Pin、壓電振子驅動電源輸出電壓信號的幅值Vin及頻率Hin，壓電控制map圖查詢模塊查詢已標定且經過最佳工作點截取后map圖庫(此處為步驟2壓電泵出口壓強控制map圖對應table表數據)，得出壓電泵入口壓強為Pin時壓電泵出口壓強Pout關于壓電泵驅動電壓頻率Hin及幅值Vin的三維map圖，查詢該三維map圖得出與輸出壓強P′out一致的壓電振子驅動電壓頻率及幅值(最優解H′in，V′in)。軟件控制流程圖如圖11所示。c、根據最優解對壓電泵控制根據壓電控制map圖查詢模塊查詢結果最優H′in，V′in或次最優H′in，V′in通過采集卡端子輸出幅值為V′in和頻率為H′in的電壓信號。當前第1頁1 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