氣壓位置伺服控制裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、氣壓位置伺服控制裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè):自動(dòng)化學(xué)生姓名：胡慧指導(dǎo)教師：鄭恩輝許宏摘要：摘要：氣動(dòng)技術(shù)是一種傳動(dòng)與控制技術(shù)，在加工制造業(yè)、機(jī)器人等領(lǐng)域受到越來(lái)越多的重視，并獲得了廣泛的應(yīng)用。氣動(dòng)技術(shù)由于空氣介質(zhì)易獲取、污染小、易存儲(chǔ)、傳輸快等優(yōu)點(diǎn)，適用于易燃、易爆、強(qiáng)輻射和多粉塵等惡劣環(huán)境，在工程實(shí)際應(yīng)用中得到了前所未有的發(fā)展。但是，因?yàn)闅怏w介質(zhì)的可壓縮性、低粘性，使得系統(tǒng)的定位精度、定位剛度、低速特性和頻響都難以進(jìn)一步提高，系統(tǒng)的固有頻率和

2、阻尼比都比較低，穩(wěn)定性大受影響，非線(xiàn)性嚴(yán)重，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。為了研究氣壓位置伺服控制系統(tǒng)的特性，本設(shè)計(jì)搭建一套氣壓位置伺服控制硬件裝置，并在此裝置上研究增量式PID和模糊控制算法的控制性能。硬件裝置主要由日本SMC公司的CM2XL32250型氣缸、VQ110U5L型電磁閥、長(zhǎng)春三峰傳感器有限公司的LMS225300F型光柵傳感器、北京華控技術(shù)有限公司的HY6060C6070C通用數(shù)據(jù)采集控制板卡構(gòu)成。軟件系統(tǒng)主要包括主程序、中斷服務(wù)

3、程序、數(shù)據(jù)采集程序、畫(huà)圖程序、控制算法程序及閥驅(qū)動(dòng)程序。光柵尺出來(lái)的信號(hào)通過(guò)位置檢測(cè)電路處理經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡送到計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)中預(yù)先給定的軟件程序處理，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制電磁閥運(yùn)動(dòng)?；赑ID和PID模糊復(fù)合控制兩種控制方法的試驗(yàn)研究表明：兩種方法基本滿(mǎn)足位置控制要求，其中后者優(yōu)于前者。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：氣壓位置伺服控制PWM控制PIDPID模糊1引言引言氣動(dòng)技術(shù)是一種傳動(dòng)與控制技術(shù)，在加工制造業(yè)領(lǐng)域越來(lái)越受到

4、人們的重視，并獲得了廣泛的應(yīng)用。目前，伴隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，以工程實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，已得到了前所未有的發(fā)展。在工業(yè)領(lǐng)域中，一直在研究、試驗(yàn)和運(yùn)用許多新的氣動(dòng)控制設(shè)備，因此氣壓伺服系統(tǒng)的組成部分也很多，但其基本組成包括氣動(dòng)控制元件和執(zhí)行元件，如控制閥、氣缸或者由這些元件構(gòu)成的組合元件。2氣壓伺服系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)原理氣壓伺服系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)原理凡是氣壓伺服系統(tǒng)，其基本構(gòu)成除了有氣動(dòng)控

5、制元件和氣動(dòng)執(zhí)行元件(馬達(dá)、氣缸等)組成驅(qū)動(dòng)回路(或稱(chēng)動(dòng)力回路)外，還應(yīng)當(dāng)有反饋電位計(jì)、伺服放大器、傳感器等形成的信息反饋回路。和氣壓傳動(dòng)一樣，從能量傳遞和轉(zhuǎn)換意義上看，氣壓伺服系統(tǒng)也是一個(gè)通過(guò)工作介質(zhì)進(jìn)行能量調(diào)節(jié)、傳遞和轉(zhuǎn)換的裝置。因此，任何一個(gè)氣壓伺服系統(tǒng)，都可歸納為如下幾個(gè)組成部分：能量轉(zhuǎn)換部件：氣馬達(dá)、氣缸(氣壓作動(dòng)筒)；能量調(diào)節(jié)部件：節(jié)流板孔、節(jié)流閥、氣動(dòng)滑閥、噴嘴擋板閥、射流管閥、減壓閥等；能量傳遞部件：管道及管路上各種輔助

6、元件(濾清器等)；信息回路部件：各種檢測(cè)元件、傳感器(壓力傳感器、位移傳感器、速度傳4氣壓位置伺服控制裝置的硬件設(shè)計(jì)氣壓位置伺服控制裝置的硬件設(shè)計(jì)41氣壓控制閥氣壓控制閥高速開(kāi)關(guān)閥是一種數(shù)字式控制閥，與伺服閥相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、抗污染能力強(qiáng)、響應(yīng)快速和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它只有開(kāi)和關(guān)2種極限工作狀態(tài)，容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字計(jì)算機(jī)控制和氣、液技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。高速開(kāi)關(guān)閥采用脈沖流量控制方式，直接根據(jù)一系列脈沖信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)，在閥出口輸出一系列相應(yīng)

7、的脈沖流，脈沖流的時(shí)間平均值即為控制流量。流體脈沖的形成和調(diào)節(jié)方法有多種，這里選用PWM方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。42高速開(kāi)關(guān)閥的響應(yīng)特性高速開(kāi)關(guān)閥的響應(yīng)特性高速開(kāi)關(guān)閥對(duì)系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在其啟、閉死區(qū)特性的影響。對(duì)于理想的開(kāi)關(guān)閥，驅(qū)動(dòng)電壓波形與閥芯位移應(yīng)相同，而對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的高速開(kāi)關(guān)閥由于受閥芯慣性、摩擦和線(xiàn)圈的影響，閥芯響應(yīng)不會(huì)隨時(shí)跟上電壓信號(hào)的變化。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)利用高速開(kāi)關(guān)閥的脈寬調(diào)制PWM方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制，其響應(yīng)特性圖如圖4.1所示

8、。為調(diào)制周期，為在一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)閥為開(kāi)的時(shí)間。stont在時(shí)間內(nèi)，是閥打開(kāi)的滯后時(shí)間，則是閥的開(kāi)啟時(shí)間；為閥關(guān)閉st1t??21tt?3t滯后時(shí)間，為閥芯從開(kāi)始關(guān)閉到全閉時(shí)的時(shí)間，即結(jié)束信號(hào)響應(yīng)時(shí)間，則4t為閥關(guān)閉時(shí)間。??43tt?滯后時(shí)間主要是由于摩擦和閥芯的慣性等因素產(chǎn)生的。滯后時(shí)間越小，則系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性越好。另外，由于閥控制線(xiàn)圈是一個(gè)感性負(fù)載，其電流增加有一個(gè)過(guò)程，只有當(dāng)電流值達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，作用在閥芯上的力才能推動(dòng)閥芯產(chǎn)生