新型PDMS电磁微阀动态特性仿真研究

提出一种可用于气动微流控芯片气压控制的PDMS电磁微阀。阐述了PDMS电磁微阀的工作原理与结构,给出了电磁驱动器数学模型。建立了自感系数、线圈电流、阀芯运动电压、机械运动和电磁吸力的仿真模型;建立了PDMS电磁微阀电磁力、阀膜弹性变形力与微流道内气、液作用力之间的多物理场耦合数学模型。利用MATLAB/Simulink软件建立PDMS电磁微阀阀膜形变模型、出口流量模型,并与5个电磁驱动器子模块连接。对电磁驱动器动态响应特性和PDMS电磁微阀流量动态特性进行仿真分析,给出了PDMS电磁微阀阀芯驱动力、阀芯响应特性和动态流量特性分析结果。     

气动电磁微阀的仿真研究

提出一种可用于气动微流控芯片气压控制的电磁致动微阀,阐述了微阀的工作原理与结构,利用Fluent软件嵌入UDF函数对几种不同阀口开度下流场分布特性进行了仿真分析,给出了不同阀口开度下流场速度、阀口前后压力变化以及微阀的出口流量特性分析结果。     

基于气动微流控芯片的新型智能痕量灌溉系统动态流量特性研究

提出一种基于气动微流控芯片的新型智能痕量灌溉系统，利用气动微流控芯片片上膜阀作为控水元件,阐述了新型智能痕量灌溉系统和片上膜阀的结构设计和工作原理，建立了新型智能痕量灌溉系统和片上膜阀的物理模型。对单个片上膜阀不同气体驱动压力、不同液流驱动压力下的出口流量，以及片上膜阀不同组合时的动态流量特性进行仿真分析，给出了不同情况下智能痕量灌溉系统出口流量和出口截面流速、压力分布等特性的分析结果。利用PDMS材料和软刻蚀技术对痕量灌溉系统控水元件进行封装，并对其流量特性进行了实验研究。讨论了在液流驱动压力为10 kPa、不同气体驱动压力时和气体驱动压力为0、不同液流驱动压力时，影响痕量灌溉系统流量的几种因素，并对实验现象进行理论分析。     

采用步进电机的微流控芯片气压驱动系统压力特性研究

针对目前气动微流控芯片控制系统微型化集成化的需求,提出了一种采用步进电机的微流控芯片气压驱动系统,通过控制器信号驱动步进电机,使PDMS流道产生了形变从而改变了阀口开度,实现了气体容腔的压力控制,对微阀的流量和气体容腔的压力进行了分析,采用Simulink搭建非线性模块,建立了系统的仿真模型,对系统的压力特性进行了仿真,得到了在不同的步进电机阶跃信号作用下的气压驱动系统压力的动态响应特性,并搭建了试验平台进行了验证。结果表明:试验结果与仿真结果基本吻合,该系统能够较快地响应于气压容器,阀口开度越大,气体容器的压力上升越快,稳定压力越高。     

考虑电磁特性的电磁开关阀动静态性能仿真研究

为研究电磁特性下电磁阀的动静态性能,针对设计中使用到的电磁开关阀,首先分析了电磁铁的结构参数和电磁开关阀动力学模型,然后应用Ansoft Maxwell和AMESim建立了电磁开关阀仿真模型,对不同占空比以及不同频率下的脉宽调制(PWM)输入控制信号进行了仿真,分析了其动态响应过程及静态性能(空载流量、空载压力等),最...     

具有三维聚焦功能的微流控芯片

为了使用微流体细胞仪对细胞精确计数,采用紫外光刻工艺制作了能够真正实现三维聚焦功能的微流体检测芯片(微流控芯片).使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行二次倒模复制其结构以缩短微流控芯片制作周期、降低制作成本,并进行了芯片的封装与测试.首先,利用沉浸式光刻技术和斜曝光工艺制作了具有三维聚焦功能的SU-8微流沟道;然后,利用PDMS对所制作的SU-8微流沟道进行一次倒模,得到其负模结构;对负模结构进行表面处理后,再进行二次倒模,得到PDMS微流沟道;最后,封装PDMS微流沟道与盖片,制得微流控芯片,并对微流控芯片的沟道聚焦效果进行了测试.实验测试发现随着鞘流与样本流流速比不同,得到样本流的聚焦宽度也不同.当鞘流与样本流流速比为20∶1时,可以得到约10.4 μm的聚焦宽度.结果表明,该芯片结构可靠,可以满足进一步的流体聚焦检测要求.采用该方法制作的微流控芯片具有生产周期短、成本低、效率高和结构可靠的特点.     

基于微流控技术的新型PDMS平面微阀

针对常规微阀结构较为复杂,存在着制作成本较高、难于加工和不易系统集成等问题,提出了一种设计简单的柔性阀片-阀塞结构的PDMS平面微阀的研究.微阀的制作采用了标准PDMS模塑法微细加工工艺.测试结果表明微阀工作性能良好,反向泄漏量可以减少到0.1 mL/min,而微阀的正/反向流量比可以达到41:1,满足了微流体控制系统对流量调节的要求,可广泛应用于各种微流控系统中.     

基于爆破阀的微流体引流控制芯片研究

微量流体的收集与控制是微流控领域的关键技术,微流体引流控制不仅需要对流速、时间等参数进行精确控制,而且要避免流体在多个检测区的交叉混染。本文设计一种基于爆破阀的微流体引流控制芯片。首先,对爆破阀机理进行分析,并采用MEMS工艺制备微流控芯片;然后,对影响爆发阀特性的材料亲水性进行跟踪测量,对微流控芯片的引流特性进行宏观和微观观测;更进一步地,对爆破阀的爆破压力进行理论计算和实验实测,3种爆破阀的实测爆破压力分别为90、690、2 440 Pa;最后,对不同进样速率下爆破阀的爆破特性进行测试。实验结果表明,通过爆破阀的合理设计,可实现微流体的引流控制,使其按预定次序、预定时间流入检测区,进而有效避免流体的交叉混染。     

基于单电动机驱动的微流控芯片及其控制系统的设计

为解决在低聚焦流速下实现微流控芯片的高效聚焦和快速筛选功能及微流驱动控制系统小型化、低成本等技术问题,设计了一种微流控芯片及其微流驱动控制系统。该微流控芯片由控制层、PDMS薄膜层、流体通道层和玻璃基底等4层组成,流体通道层设置有1个主通道和3个分选通道,微流驱动控制系统中的液流控制装置采用单电动机时序驱动3个柱塞泵工作,控制层的热膨胀微阀门控制3个分选通道的开关。该微流控芯片及驱动系统实现了不同检测物的自动检测、聚焦、前进、静止、归类和筛选等功能。     

PDMS气动微型蠕动泵的有限元分析

聚二甲基硅氧烷（PDMS）气动微型蠕动泵具有结构和制作方法简单、复制速度快、成本低、易于和其他微流控器件集成的优点。通过对PDMS气动微型蠕动泵的结构和工作原理的分析，利用ANSYS软件对PDMS薄膜的形变状态和不同气压所引起的液体流速的变化进行了分析和研究，提出液体沟道剖面的几何形状为弧形和适当的制动气压是微泵实现液体输运的关键。     

高压气动大流量电磁阀设计和仿真

针对有限容积减压对控制元件的要求,设计了高压气动大流量电磁开关阀,并根据其结构,运用电磁学、热力学、流体机械力学原理,建立了电磁-气热-机械耦合的数学模型。通过电磁阀的数学模型进行了计算机仿真,结果表明:电磁阀在运动过程中分为四个阶段:先导阀触动、先导阀运动、主阀运动、主阀保持。通过分析各个电磁阀参数发现,对响应时间影响较大的是前三个阶段。采用遗传算法对主要的电磁阀结构参数和控制参数进行多参数优化,取得了较好的优化效果。     

超高压大流量气动开关阀的原理和动态特性研究

开关容积减压是为提高效率而提出的一种新型减压方法。对其关键元件超高压大流量气动开关阀的原理、动态特性进行详细的理论和试验研究。利用气动力平衡,解决超高压主阀心驱动力大和响应慢的难题,设计出小流量驱动大开口的超高压大流量开关阀。提出以定容积过程和变容积过程为单元,以控制腔转折点气体压力为标志,对超高压气动开关阀的开启和关闭动态过程进行细分的原则;建立了基于动态过程细分原则的非线性数学模型;分析了超高压气动开关阀动态特性的影响因素、改善措施。仿真和试验表明,所建立的数学模型和理论分析与试验结果是吻合的。     

Integrated nozzle - flapper valve with piezoelectric actuator and isothermal chamber: a feedback linearization multi control device

This paper introduces a new nozzle-flapper valve with isothermal chamber using piezoelectric actuator. It controls the pressure and flow rate simply, effectively and separately. The proposed valve uses isothermal chamber presenting practical isothermal condition due to its large heat transfer interfaces filled by metal wool. The valve uses stacked type piezoelectric actuator with unique advantages. By using this valve, a simple method has been fulfilled to control flow rate or pressure of ideal gases in a pneumatic actuators. Experimental results demonstrated applications of the proposed valve to control either pressure or flow rate in pneumatic circuits. This valve can be also used in the pilot stage valve to actuate the main stage of a much bigger pneumatic valve. Designated structure contains only one pressure sensor installed on the isothermal control chamber, capable of controlling both pressure and flow rate. The desired output mass flow rate of the valve is controlled by the pressure changes during positioning of piezoelectric actuator at proper position. The proposed valve can control steady and unsteady oscillatory flow rate and pressure effectively, using nonlinear control method such as feedback linearization approach. Its effectiveness is demonstrated and validated through simulation and experiments.

     

ABS高速开关阀液压力影响因素研究

高频小流量高速开关阀用于汽车防抱死制动系统 (ABS)增压与减压的控制,在不同温度环境下,其可靠的动态特性是ABS正常工作的重要指标。高速开关阀阀芯高频运动过程中,主要受到电磁力、液压力等因素的影响。针对液压力,建立高速开关阀不同温度、阀口两端压差、阀口开度的有限元仿真模型,分析温度、阀口两端压差和阀口开度不同时,高速开关阀液压力的变化规律。仿真结果得知,在相同的阀口开度和压差下,液压力随温度的升高而减小;阀口开度越大,液压力受温度的影响越大;同一压差和温度下,液压力随阀口开度的增大而减小。通过探寻温度、阀口两端压差及阀口开度大小对高速开关阀液压力的影响,为准确研究高速开关阀动态特性提供理论依据,从而为提高汽车ABS响应特性奠定理论基础。     

基于深度强化学习的混合动力汽车智能跟车控制与能量管理策略研究

以研究智能混合动力汽车控制技术与深度强化学习算法为目标,首先,在两辆混合动力汽车的跟驰环境中,针对领航车提出一种基于深度值网络算法的能量管理策略,实现深度强化学习对发动机与机械式无级变速器的多目标协同控制;其次,针对跟随车建立基于深度强化学习的分层控制模型,实现面向智能混合动力汽车的上层跟车控制与下层能量管理;最后,仿真验证分层控制模型的有效性。结果表明,基于深度强化学习的跟车控制策略具有理想的跟踪性能;同时,基于深度强化学习的能量管理策略在领航车与跟随车中均实现了较好的燃油经济性;此外,基于深度强化学习的能量管理策略输出每组控制动作的平均时间为1.66 ms,保证了实时应用的潜力。     

电磁脉冲阀动态性能的AMESim仿真及双压控制改进

以某型号电磁脉冲阀为研究对象,分析其机械结构及工作原理并建立了物理运动模型。利用AMESim仿真软件建立了电磁脉冲阀的系统仿真模型。通过仿真分析与实验验证得到双压控制改进方案对电磁脉冲阀出口气压动态性能的影响。结果表明,双压控制方案能够有效地减少出口气压的响应时间并节省关闭时间。仿真分析与实验验证结合的方法可用于先导式电磁阀的设计分析和性能改进。     

复合制动系统的电控制动阀设计与仿真研究

针对传统气压制动回路时延较长的问题,提出了一种改进的复合制动回路;对复合制动回路中关键元件--电控制动阀进行功能与性能需求分析,设计了一种基于高速开关电磁阀的电控制动阀,建立了其动态特性响应解析模型,用Simulink对其进行了性能仿真测试。结果显示,所提出的电控制动阀结构满足调压范围、压力响应时间、流量特性、压力特性与稳态误差、制动完全释放时间等性能指标。复合制动回路及电控制动阀的提出可减小制动过程中的压力响应时延,对实现差动制动,促进主动安全技术的发展具有重要意义。