氣壓位置伺服控制裝置設計與實現(xiàn)

1、氣壓位置伺服控制裝置設計與實現(xiàn)專業(yè):自動化學生姓名：胡慧指導教師：鄭恩輝許宏摘要：摘要：氣動技術是一種傳動與控制技術，在加工制造業(yè)、機器人等領域受到越來越多的重視，并獲得了廣泛的應用。氣動技術由于空氣介質易獲取、污染小、易存儲、傳輸快等優(yōu)點，適用于易燃、易爆、強輻射和多粉塵等惡劣環(huán)境，在工程實際應用中得到了前所未有的發(fā)展。但是，因為氣體介質的可壓縮性、低粘性，使得系統(tǒng)的定位精度、定位剛度、低速特性和頻響都難以進一步提高，系統(tǒng)的固有頻率和

2、阻尼比都比較低，穩(wěn)定性大受影響，非線性嚴重，限制了其進一步應用。為了研究氣壓位置伺服控制系統(tǒng)的特性，本設計搭建一套氣壓位置伺服控制硬件裝置，并在此裝置上研究增量式PID和模糊控制算法的控制性能。硬件裝置主要由日本SMC公司的CM2XL32250型氣缸、VQ110U5L型電磁閥、長春三峰傳感器有限公司的LMS225300F型光柵傳感器、北京華控技術有限公司的HY6060C6070C通用數(shù)據采集控制板卡構成。軟件系統(tǒng)主要包括主程序、中斷服務

3、程序、數(shù)據采集程序、畫圖程序、控制算法程序及閥驅動程序。光柵尺出來的信號通過位置檢測電路處理經過數(shù)據采集卡送到計算機，通過計算機中預先給定的軟件程序處理，再經過數(shù)據采集卡輸出控制信號給驅動電路來控制電磁閥運動?；赑ID和PID模糊復合控制兩種控制方法的試驗研究表明：兩種方法基本滿足位置控制要求，其中后者優(yōu)于前者。關鍵詞：關鍵詞：氣壓位置伺服控制PWM控制PIDPID模糊1引言引言氣動技術是一種傳動與控制技術，在加工制造業(yè)領域越來越受到

4、人們的重視，并獲得了廣泛的應用。目前，伴隨著微電子技術、通信技術和自動控制技術的迅速發(fā)展，氣動技術也在不斷創(chuàng)新，以工程實際應用為目標，已得到了前所未有的發(fā)展。在工業(yè)領域中，一直在研究、試驗和運用許多新的氣動控制設備，因此氣壓伺服系統(tǒng)的組成部分也很多，但其基本組成包括氣動控制元件和執(zhí)行元件，如控制閥、氣缸或者由這些元件構成的組合元件。2氣壓伺服系統(tǒng)的基本組成和結構原理氣壓伺服系統(tǒng)的基本組成和結構原理凡是氣壓伺服系統(tǒng)，其基本構成除了有氣動控

5、制元件和氣動執(zhí)行元件(馬達、氣缸等)組成驅動回路(或稱動力回路)外，還應當有反饋電位計、伺服放大器、傳感器等形成的信息反饋回路。和氣壓傳動一樣，從能量傳遞和轉換意義上看，氣壓伺服系統(tǒng)也是一個通過工作介質進行能量調節(jié)、傳遞和轉換的裝置。因此，任何一個氣壓伺服系統(tǒng)，都可歸納為如下幾個組成部分：能量轉換部件：氣馬達、氣缸(氣壓作動筒)；能量調節(jié)部件：節(jié)流板孔、節(jié)流閥、氣動滑閥、噴嘴擋板閥、射流管閥、減壓閥等；能量傳遞部件：管道及管路上各種輔助

6、元件(濾清器等)；信息回路部件：各種檢測元件、傳感器(壓力傳感器、位移傳感器、速度傳4氣壓位置伺服控制裝置的硬件設計氣壓位置伺服控制裝置的硬件設計41氣壓控制閥氣壓控制閥高速開關閥是一種數(shù)字式控制閥，與伺服閥相比，具有結構簡單、價格低廉、抗污染能力強、響應快速和工作可靠等優(yōu)點。它只有開和關2種極限工作狀態(tài)，容易實現(xiàn)數(shù)字計算機控制和氣、液技術的有機結合。高速開關閥采用脈沖流量控制方式，直接根據一系列脈沖信號進行開關，在閥出口輸出一系列相應

7、的脈沖流，脈沖流的時間平均值即為控制流量。流體脈沖的形成和調節(jié)方法有多種，這里選用PWM方法對系統(tǒng)進行控制。42高速開關閥的響應特性高速開關閥的響應特性高速開關閥對系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在其啟、閉死區(qū)特性的影響。對于理想的開關閥，驅動電壓波形與閥芯位移應相同，而對于實際應用的高速開關閥由于受閥芯慣性、摩擦和線圈的影響，閥芯響應不會隨時跟上電壓信號的變化。本實驗系統(tǒng)利用高速開關閥的脈寬調制PWM方法進行動態(tài)響應控制，其響應特性圖如圖4.1所示

8、。為調制周期，為在一個調制周期內閥為開的時間。stont在時間內，是閥打開的滯后時間，則是閥的開啟時間；為閥關閉st1t??21tt?3t滯后時間，為閥芯從開始關閉到全閉時的時間，即結束信號響應時間，則4t為閥關閉時間。??43tt?滯后時間主要是由于摩擦和閥芯的慣性等因素產生的。滯后時間越小，則系統(tǒng)的動態(tài)響應特性越好。另外，由于閥控制線圈是一個感性負載，其電流增加有一個過程，只有當電流值達到一定數(shù)值時，作用在閥芯上的力才能推動閥芯產生