success_气压位置伺服控制装置设计与实现

《success_气压位置伺服控制装置设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、气压位置伺服控制装置设计与实现专业:自动化学生姓名：胡慧指导教师：郑恩辉许宏摘要：气动技术是一种传动与控制技术，在加工制造业、机器人等领域受到越来越多的重视，并获得了广泛的应用。气动技术由于空气介质易获取、污染小、易存储、传输快等优点，适用于易燃、易爆、强辐射和多粉尘等恶劣环境，在工程实际应用中得到了前所未有的发展。但是，因为气体介质的可压缩性、低粘性，使得系统的定位精度、定位刚度、低速特性和频响都难以进一步提高，系统的固有频率和阻尼比都比较低，稳定性大受影响，非线性严重，限制了其进一步应用。为了研究气压位置伺服控制系统的特性，本设计搭建一套气压位置

2、伺服控制硬件装置，并在此装置上研究增量式PID和模糊控制算法的控制性能。硬件装置主要由日本SMC公司的CM2XL32-250型气缸、VQ110U-5L型电磁阀、长春三峰传感器有限公司的LMS-2-25-300-F型光栅传感器、北京华控技术有限公司的HY-6060C/6070C通用数据采集控制板卡构成。软件系统主要包括主程序、中断服务程序、数据采集程序、画图程序、控制算法程序及阀驱动程序。光栅尺出来的信号通过位置检测电路处理经过数据采集卡送到计算机，通过计算机中预先给定的软件程序处理，再经过数据采集卡输出控制信号给驱动电路来控制电磁阀运动。基于PID和

3、PID+模糊复合控制两种控制方法的试验研究表明：两种方法基本满足位置控制要求，其中后者优于前者。关键词：气压位置伺服控制PWM控制PIDPID+模糊1．引言气动技术是一种传动与控制技术，在加工制造业领域越来越受到人们的重视，并获得了广泛的应用。目前，伴随着微电子技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，气动技术也在不断创新，以工程实际应用为目标，已得到了前所未有的发展。在工业领域中，一直在研究、试验和运用许多新的气动控制设备，因此气压伺服系统的组成部分也很多，但其基本组成包括气动控制元件和执行元件，如控制阀、气缸或者由这些元件构成的组合元件。2．气压伺

4、服系统的基本组成和结构原理凡是气压伺服系统，其基本构成除了有气动控制元件和气动执行元件(马达、气缸等)组成驱动回路(或称动力回路)外，还应当有反馈电位计、伺服放大器、传感器等形成的信息反馈回路。和气压传动一样，从能量传递和转换意义上看，气压伺服系统也是一个通过工作介质进行能量调节、传递和转换的装置。因此，任何一个气压伺服系统，都可归纳为如下几个组成部分：能量转换部件：气马达、气缸(气压作动筒)；能量调节部件：节流板孔、节流阀、气动滑阀、喷嘴挡板阀、射流管阀、减压阀等；能量传递部件：管道及管路上各种辅助元件(滤清器等)；信息回路部件：各种检测元件、传感

5、器(压力传感器、位移传感器、速度传感器等)以及各种放大器；气压伺服系统结构原理图如图2.1，气压伺服系统的控制框图如图2.2。图2.1气压伺服系统结构原理图图2.2气压伺服系统的框图组成3．气压位置伺服系统的工作过程气压伺服系统是以气体作为工作介质，通过组成气压伺服系统的管路、控制元件和执行元件(气缸、气压马达)，实现能量传输、能量调节和能量转换，达到对一个过程或者一个单体施行控制作用。气压位置伺服系统是由伺服控制器、执行器(阀)、位移传感器、气缸四个部分组成的，气缸和位移传感器是通过外部连接机构连在一起，当气缸运动时位移传感器的滑块跟着移动，气缸活

6、塞的运动距离也就是位移传感器的滑块的移动距离，位移传感器检测到的移动距离反馈给伺服控制器，伺服控制器将位移传感器检测到的信息与我们给定的设定数值进行比较，然后输出不同的模拟量信号，控制阀门，改变阀芯的位移量，也就是改变了气缸进排气的流量，从而实现气缸的加速、匀速、减速和停止。4．气压位置伺服控制装置的硬件设计4．1气压控制阀高速开关阀是一种数字式控制阀，与伺服阀相比，具有结构简单、价格低廉、抗污染能力强、响应快速和工作可靠等优点。它只有开和关2种极限工作状态，容易实现数字计算机控制和气、液技术的有机结合。高速开关阀采用脉冲流量控制方式，直接根据一系列

7、脉冲信号进行开关，在阀出口输出一系列相应的脉冲流，脉冲流的时间平均值即为控制流量。流体脉冲的形成和调节方法有多种，这里选用PWM方法对系统进行控制。4．2高速开关阀的响应特性高速开关阀对系统的影响主要表现在其启、闭死区特性的影响。对于理想的开关阀，驱动电压波形与阀芯位移应相同，而对于实际应用的高速开关阀由于受阀芯惯性、摩擦和线圈的影响，阀芯响应不会随时跟上电压信号的变化。本实验系统利用高速开关阀的脉宽调制PWM方法进行动态响应控制，其响应特性图如图4.1所示。为调制周期，为在一个调制周期内阀为开的时间。在时间内，是阀打开的滞后时间，则是阀的开启时间；

8、为阀关闭滞后时间，为阀芯从开始关闭到全闭时的时间，即结束信号响应时间，则为阀关闭时间。滞后时间主要是由于摩擦