開關(guān)閥控雙作用式氣動閥門定位器控制研究.pdf

1、氣動控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。本文所研究的開關(guān)閥控雙作用式氣動閥門定位器,是工業(yè)生產(chǎn)自動化過程控制儀器儀表的重要組成部分。相比較于比例/伺服閥控系統(tǒng),開關(guān)閥控系統(tǒng)具有價格便宜、抗污染能力強(qiáng)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。由于氣體壓縮性、剛度低和系統(tǒng)摩擦力非線性等原因,氣動控制系統(tǒng)很難獲得較穩(wěn)定的響應(yīng)過程和精確的定位。為實(shí)現(xiàn)開關(guān)閥控氣動定位系統(tǒng)較好的位置控制,使其滿足一定的定位指標(biāo)要求,本文針對這種氣動閥門定位器的控制進(jìn)行了相關(guān)研究

2、,分析了系統(tǒng)相關(guān)特性并探究了該控制系統(tǒng)的工作原理方式和控制策略。具體研究內(nèi)容如下:
　　首先本文采用二位二通開關(guān)閥搭建了開關(guān)閥控雙作用氣動閥門定位器的結(jié)構(gòu)原理圖,并對其進(jìn)行了相關(guān)的機(jī)理建模分析,包括氣缸兩腔的流量連續(xù)性方程、能量方程和運(yùn)動學(xué)方程,分析了氣動系統(tǒng)易產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象的原因,最后重點(diǎn)分析了開關(guān)閥的閥口流量方程、閥芯的運(yùn)動學(xué)方程和運(yùn)動特性。
　　分析了PWM控制開關(guān)閥的工作原理,在此基礎(chǔ)上,利用AMESim軟件搭建了

3、氣動系統(tǒng)模型,探究了PWM開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)靜態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性,并對所得到的靜特性曲線進(jìn)行了相關(guān)分析。利用AMESim軟件搭建模型探究了開關(guān)閥控系統(tǒng)在雙端單向驅(qū)動信號、雙端同相和逆相驅(qū)動信號三種不同導(dǎo)通方式下,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出壓力和壓力波動特性曲線。
　　根據(jù)前文PWM開關(guān)閥控氣動系統(tǒng)特性研究,分別探究了氣動控制系統(tǒng)在上述三種不同導(dǎo)通方式下的控制特性,分析得到同相驅(qū)動方式對緩解爬行現(xiàn)象和紋波問題具有明顯的優(yōu)勢,然后探究了系統(tǒng)參數(shù)對

4、同相驅(qū)動方式的性能影響,如初始壓力、管路長度、外負(fù)載等,并尋求系統(tǒng)的最佳可控參數(shù)。最后采用了同相PWM驅(qū)動+PD復(fù)合控制方式對系統(tǒng)進(jìn)行位置控制。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)定位時間小于5s,穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.5％,并且具有較好的穩(wěn)態(tài)特性。
　　搭建了開關(guān)閥控氣動閥門定位器試驗(yàn)臺,采用MATLAB/xPCTarget工具箱進(jìn)行實(shí)時控制和數(shù)據(jù)采集,采用ATMEGA64單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器,并使用C語言進(jìn)行編程,然后對上述仿真結(jié)果進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試