气动伺服定位系统的理论研究与应用

发布时间：2020-06-12 23:24

【摘要】：气动技术具有一系列显著优点,在工业生产中得到了越来越广泛的应用,己成为自动化不可缺少的重要手段。进入90 年代后,气动技术更突破传统死区,经历着飞跃性进展。气动伺服技术作为本学科的前沿研究领域,备受人们的重视。气动伺服定位技术已能使气缸在高速运动下实现任意点高精度定位,突破传统的气动定位方法。基于现代工业在物流自动化上的需要,本文研发了一种新型的气动伺服输送机。气缸的特性和阀的特性是影响气动位置控制系统的主要因素。本文首先对气缸的动、静态特性进行了理论分析,通过实验来建立气缸的动力学、比例方向控制阀流量特性近似的数学模型,对气动输送机位置控制系统建立了非线性数学模型,并通过计算机仿真技术对系统特性进行研究,讨论了系统参数对系统性能的影响,得出系统开环频率响应特性。在此基础上,对气动比例方向控制系统进行了相应的控制策略研究。由于系统具有严重非线性,仅仅采用经典控制方法(如PID控制)很难获得良好的控制效果,不适合于控制对象参数变化、非线性程度大等场合。本文提出一个新的控制算法,即零—极点配置的自校正自适应控制算法,结合PID 进行调整,加之现场整合,结果表明:同单独运用PID 控制相比,本文所提出的控制策略能明显改善系统的动态性能。全文给予气体的热力学分析利用热力学建立了系统的动态数学模型,为全文进一步分析与讨论提供了基础与依据。对气动比例阀的特性进行了较为深入的研究,为伺服控制系统的高精度的定位控制提供了理论基础,改善系统性能提供了指针。针对阀控缸建立数学模型,以工控机为平台利用MCGS 组态软件编写控制面板,A/D、D/A 采集卡对数据采集,传感器检测气缸活塞的实时位置,从而利用气动伺服定位系统的PID 增益算法,调节不同的比例、积分、微分系数,利用vc++编写自适应控制程序,根据气动伺服定位系统的闭环零—极点配置原理求出最佳状态反馈增益。利用MATLAB 对系统的仿真,理论上达到了预期的效果,通过试验研究,获得良好的控制效果,证明理论模型正确、控制方法可行。
【图文】：

气动伺服阀

图 2.3 伺服阀控制系统Fig. 2.3 Close-loop control system with servo valve图 2.4 所示是带电反馈的 MPYE 型气动伺服阀，也称为方向伺服控制阀。主阀是一个三位五通滑阀，动铁式双向电磁铁与滑芯(滑柱)固定。滑芯的位移经集成在阀类的位移传感器转换为电信号fU 输入控制放大器。控制放大器的主要作用是：1) 将位移传感器的输出信号转换为电信号；输出柱塞位移阀执行信号阀控制器放大器阀执行机构柱塞位移测量器控制器输出电压

流量特性曲线,气动伺服阀,流量特性

阀芯处于力平衡位置。此时，eU =fU = kxf式中，fk 为位移传感器增益。上式表明阀芯位移 x 与输入信号eU 成正比。若给定型号eU <o，经上述相类似的调节过程，使阀芯左移某个距离而达到平衡状态。阀芯右移时，，气源口 1 与输出口 4 相通，2 口与排气口 3 相通;阀芯左移时，1与 2 相通，4 口与排气口 5 相通.空气流过的输出节流口的开口量随阀芯的位移增大而增大。上述工作原理说明，带电位移反馈的伺服阀节流口开口量及气流方向受输出电压eU 的线性控制。这种阀采用的双向电磁铁具有优越的动态特性，阀的动态响应频率极高。由于阀芯的复位靠双向电磁铁的磁路实现，电磁铁不受弹簧力负载，因此其功耗小，使整套电控部分能集成在阀上，使用时不再需要外加的放大器。同时由于阀芯与阀套之间的摩擦力和气体流动力均处在阀的控制单元的大闭环内，因此对阀的控制性能几乎不产生影响。图 2.5 所示为 MPYE-5-1/4 气动伺服阀的流量特性曲线。表 2.1 为 MPYE-5-1/4气动伺服阀的静态和动态特性[ ]4。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH138

【引证文献】