高精度气动伺服阀的状态空间建模及数字化设计

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1、2011年3月机床与液压M2011第39卷第5期MACHINET0OL&HYDRAULICSVo1．39No．5DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．05．023高精度气动伺服阀的状态空问建模及数字化设计黄涛，杨平，蒋丹(电子科技大学机械电子工程学院，四川成都611731)摘要：伺服阀的性能是影响高精度气动精确定位系统性能的决定性因素。为了提高气动系统性能，改善伺服阀的性能至关重要。分析一种新型的高精度气动伺服阀的结构特点，建立其状态空间模型，设计数字控制器并进行仿真。仿真结果表明：该数字控制器是有效的，显著改

2、善了气动伺服阀的动、静态性能。关键词：气动伺服阀；状态空间建模；离散时间系统；状态估计中图分类号：TH138；N945．12文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)5—067—4StateSpaceModelingandDigitalDesignofHigh-precisionPneumaticServoValveHUANGTao．YANGPing．JIANGDanfSchoolofMechatronicsEngineefingofUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChin

3、a，ChengduSichuan611731，China)Abstract：PerformanceofseYvovMveisthedeterminingfactorthatinfluencesperformanceofapneumaticprecisepositioningsys—tem．Toimprovetheperformanceofapneumaticsystem．improvementoftheseI、，0valvecharacteristicisextremelyimportant．Struc—turecharacteristic

4、sofarecentlydevelopedhighprecisionpneumaticservovalvewereanalyzed．Itsstatespacemodelwasbuilt．adig—italcontrollerwasdesignedandsimulated．Thesimulationresultsshowthatthisdigitalcontrolleriseffective,andstaticanddynamicperformancesofthepneumaticselwovalvealenotablyimproved．Ke

5、ywords：Pneumaticservovalve；Statespacemodeling；Discretetimesystem；Stateestimation气动伺服系统是一个使用气体能量实现的精确定器的设计，取得了超过300Hz的频率响应和10m位系统。精确定位系统作为非常重要的高精度处理技的阀芯位移控制精度。术，对比电动操作的精确定位系统，气动伺服系统有文中分析了伺服阀的特点，建立其状态空间模比较高的功率转化效率、发热量低、不产生磁场等优型，离散化后得到离散状态空间模型。采用极点配置点。由于气动伺服系统有许多优势，而得到越来越广和阿克

6、曼公式的方法得到状态反馈矩阵。建立一个最泛的应用，但是因为气动系统的非线性，该系统的控小状态观测器，根据其位置估计阀芯速度。采用最优制是非常困难的。气动系统的性能很大程度上依状态反馈和PI控制的控制策略，基于该气动伺服阀赖于所使用的控制阀门的控制精度、动态及静态特性的模型进行仿真，确认所设计的数字控制器的有效等性能。所以在使用气动伺服阀的气动系统中，性，改善了气动伺服阀的动、静态性能。系统的性能由伺服阀的控制特性决定，气动系统性能1状态空间建模与数字化设计改进的关键是提高伺服阀的控制特性。伺服阀的内部结构如图1所示。近年来，高精度气动伺服阀

7、随着高精度制造业的音圈力马达永磁体阀套阀芯位置传感器线圈发展而得到迅速推广应用，而且对其控制性能提出了更高的要求。现在被广泛使用的FESTO公司MYPE祥l．．一■-I)(1．I系列伺服阀使用模拟信号控制器，取得了最大125厂l1I==)—===ll一Hz的截止频率和阀芯满行程在2％以内的位置误差。1：‘：·‘：_‘薯．近年，使用数字控制器的电液伺服阀比例阀芯线位移铁圈空气轴承供气!Sl控制I：1排气口位置传感器测杆控制精度达到5m，动态响应频率特性在100Hz以图1高效率数字控制气动伺服阀的示意图下。最近，一种新型的高精度气动伺服阀已经被

8、研它是一个数字式三端口伺服阀，包括一个空气轴承究开发出来，基于内部的数字控制器和数字状态观测收稿日期：2010—05—10基金项目：UESTC—SMC国际研究项目作者简介：黄涛(