分析气动高精度压力控制系统的建模及特性

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1、2012年3月机床与液压Mar．2012第4O卷第5期MACHINET0OL＆HYDRAUUCSVo1．40No．5DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．05．006气动高精度压力控制系统的建模及特性分析路波，吕杰，惠伟安，徐伟，刘丽娇(国家气动产品质量监督检验中心，浙江奉化315500)摘要：为实现气缸容腔的高精度压力控制，设计一种采用比例压力阀控制、缓冲储气罐和无摩擦气缸串联的双闭环高精度压力控制系统。建立了该类系统完整的数学模型，模型包含阀口流动的非线性、储气罐和气缸内的压力动态、比例阀的动力学、储气罐和

2、气缸连接管路的模型和基于实验数据的气体泄漏模型。仿真分析了气源压力、气源温度、储气罐容积、连接管路长度和直径等关键参数对系统动态性能和控制性能的影响，为压力控制系统各参数的选择和控制器的设计提供理论依据。关键词：压力控制系统；比例压力阀；建模；仿真中图分类号：TH138文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)5—018—4ModelingandCharacteristicsAnalysisforHighPrecisionPneumaticPressureControlSystemLUB0，LVJie，HUIWeian，XUWe

3、i，LIULijiao(NationalQualitySupervisionandInspectionCenterofPneumaticProducts，FenghuaZhejiang315500，China)Abstract：Ahighprecisionpressurecontrolsystemusingbuffertankinserieswithfrictionlesscylinderanddoubleclosed-loopcontrolledbyusingpneumaticproportionalpressurevalvewasdes

4、ignedtocontrolthepressureofthepneumaticcylinder．Thenonlinearmathematicalmodelofthepressurecontrolsystemwasbuilt，whichconsistedofflownonlinearitiesthroughthevalveorifice，pressureevolutionincylinderchambers，valvedynamics，tank—cylinderconnectingtubesmodelandleakagemodelbasedo

5、nexperimentalcurve．Theinfluencesofkeyphysicalparametersondynamicbehaviorandcontrolperformanceofthesystemwereanalyzedbysimula—tion．Thekeyparametersincludedthepressure，thetemperatureofairsource，thevolumeofairtank，thelengthanddiameterofconnectingtubes．Theanalysisresultsprovid

6、ereferencefordesignofthecontrolsystem．Keywords：Pressurecontrolsystem；Proportionalpressurevalves；Modeling；Simulation气动技术因具有成本低、节能高效、清洁无污力控制变得困难。为了满足某航天科技领域中产生高染、维护方便、适应性强(如防磁、防爆和防火等)精度压力控制信号的要求，文中以高精度比例压力阀等优点而迅速发展，已在汽车制造、电子、食品、医为控制元件，采用缓冲储气罐和气缸相串联的方法构药、化工、生物工程和航空航天等领域得到广泛的应

7、建双闭环压力控制系统，建立了该类系统完整的数学用。近年来，国内外学者对气动伺服位置和力控制系模型，并对关键参数对系统瞬态过程和稳态控制的影统的研究较多，取得了一些阶段性成果，然而关于压响进行了理论分析。力控制系统的研究却相对较少，高精度压力控制的研1包含连接管路的压力控制系统模型究更不多见⋯。尽管压力控制系统在各种工业领域得高精度压力控制系统的原理如图1所示，系统主到了广泛应用，但是由于气体的可压缩性、阀的非线要由比例压力阀、缓冲储气罐、无摩擦气缸、压力传性、管路特性以及负载容腔内压力变化的不均匀性等感器和计算机等组成。该系统具有双闭环控制

8、的特因素的影响，使得气动压力系统的高精度控制比较困点。内环采用自行设计的高精度比例压力阀控制储气难。罐进口处的压力，此环路将储气罐进口处的压力扰动在气压驱动系统中，驱动负载的输出