气动比例系统死区特性及仿真研究

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1、气动比例阀控系统摩擦力补偿及仿真研究赵秀华，王晓强，范桂杰［文章摘要］在气动比例位置控制系统中，摩擦力的存在是影响其定位精度的一个关键因素。本文采用叠加低幅高频颤振信号的方法，运用BP网络自学习功能在线调整颤振信号幅值，解决了由比例阀和无杆气缸的摩擦力引起的系统定位精度的问题。仿真结果证明该方法是有效的。［关键词］气动比例系统；摩擦力补偿；BP网络TheFrictionCompensationandtheSimulationStudyofthePneumaticProportionalValveControlSystemZHAOXiu-hua,WANGXi

2、ao-qiang,FANGui-jieAbstract:Inordertoachievehighprecisionpositioncontrolinpneumaticsystem,frictionmustbecompensatedfor.Inthispaper,AkindofAddingpulsesignaltotheoriginalcontrolsignalmethodwasintroducedtosolvethisproblem,adjustingthevalueofthepulsesignalonlineusingtheself-learningfu

3、nctionoftheBPnetwork.Thesimulationresultsprovedthatthemethodiseffective.Keywords:Pneumaticproportionalsystem;frictioncompensation;BPnetwork;在气动比例位置控制系统中，系统低速运行时会出现不平稳的现象，这会影响系统的疋常工作，降低系统的定位精度⑴。这主要是因为系统中比例阀和气缸存在着静、动摩擦力等非线性特性。系统在低速运行时具有如图1所示的爍擦特性Illi线，从控制理论上分析，这一现象将产生一个止反馈，从而引起系统不稳立

4、（爬行）。因此,克服摩擦力的影响是提高系统性能的一个重要因索。图1低速运动时的摩擦特性曲线Fig.lFrictionpropertycurveoflowspeed1气动比例系统摩擦力特性及补偿分析摩擦力补偿有两个主要途径2叫即颤振控制和脉冲控制。颤振控制是在控制信号上為加一个高频不等幅的信号。上要思想是颤振信号的幅值足够大以克服摩擦力，并FL频率足够高以使在系统信号的频率范囤上产生扰动。由于从控制阀的输出幅值在很人程度上受到限制，因此，不町能产生一个高频压力信号加在气缸上，即使可能女男女华强木"秀晓桂赵王范工学硕士机械工程系助教工学硕士机械工程系讲师工学硕

5、士机械工程系助教的话，结果也会使阀受到很大的磨损。对于脉冲控制，同样的，由于动力学因素和气缸的限制，不可能产生加在气缸上的高频压力信号。所以要补偿比例系统的摩擦力，必须使用除上述两种方法Z外的其他方法。理想的摩擦补偿是在控制信号的变化方向上叠加脉冲信号的函数，每个脉冲都有足够的能屋以消除静态摩擦。如果能量过小，阀会处于锁紧状态。如來能量过人，阀的滑动量就会超过所需的范围。本文主要是对图2所示系统的比例阀和气缸的摩擦力进行补偿，从而提高它的定位精度。2实验系统组成和原理如图2所示，本实验系统主要由无杆气缸、比例控制阀、位移传感器、A/D、D/A转换装置和计

6、算机等组成。气缸采用DGPL-25-500-PPV-A-GF-B型无杆气缸，是系统的被控对象，目的是实现活塞位移按给定规律变化。传感器为MLO-POT-500-TLF型电位计式模拟位移传感器，是系统的反馈检测元件，在线检测活塞位移，输出电压随测量位置在0〜10VZ间连续变化。比例阀采用MPYE-5-1/8-010B型3位5通比例阀，作用是把电信号转化为气动信号，驱动气缸活塞动作。A/D、D/A转换由HY-6070通用数据采集控制板完成。实验系统的工作原理：通过计算机软件对比例阀、无杆气缸的控制调节作用，使输入电压信号ue与气缸位移反馈信号uf(uf与气缸位

7、移是线性关系)之差△"减小并趋于零，从而实现气缸位移对输入信号的跟踪。乏2实验系统组成示意图Fig.2Sketchdrawingoftheexperimentsystem本文中所使用的摩擦补偿信号是由一系列低幅高频脉冲信号组成。摩擦力补偿的原理如图3所示，在控制信号变化率方向上，对控制信号叠加一短脉冲。只要误差非零，信号就会不断发半变化。加在比例阀上的压力就会不断变化，直到阀开始滑动。图3叠加颤振信号的控制系统框图Fig.3Framedrawingoftheaddingpulsesignalcontrolsystem控制信号由两部分组成：n/r)=w(z)

8、+wA(r)式中“⑴为PID控制器的输出，uk(0为脉冲信号，叫⑴