气动比例技术.doc

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1、第八章气动比例/伺服系统8.1电-气比例/伺服控制8.1.1.概述气动系统在口动化设备屮的基本功能是按预定的设计要求，输出驱动或控制物理量。常见的气动系统输出驱动物理量，为直线气缸（摆动马达）的位置（摆角）、运动速度、作用力等。常见的气动系统的输出控制物理量，为气体的压力或流量。这些输出量可分为断续式和连续式两大类。电-气比例/伺服控制技术，旨在实现连续式的驱动和控制输岀。利用电-气比例/伺服控制技术实现的连续式驱动或控制系统，其输岀的驱动物理量，可以在设备的运行屮根据设定量和当前量不断地进行调整，从而达到无级、连续可控冃的。比较早期的气动比例/伺服系统，大都采用机

2、械控制方式（参考图4.4-21）。例如，将最终输出量转换为机械弹簧位移或气床信号，然后反馈至无级调节气阀，从而实现对输出量的连续控制。随着现代电子工业的迅速发展，曾经比较广泛应用的纯气动、纯机械控制系统逐渐减少。而由数字电路、模拟电路实现控制，由气动执行元件输出驱动物理量的电一气一体化设备占有更大的优势，被越來越广泛地采用。因此，从这一意义上说，本章介绍的气动比例/伺服控制技术，更多的是电-气比例/伺服控制技术。电-气比例/伺服控制系统出现的技术背景，一•方面，自动化的覆盖面越来越广，从原先只应用于简单、重复的工艺过程扩大到复杂的工艺过程。另一方面，对自动化机器在性

3、能和功能上都提出了越來越高的要求：机器的节拍时间更短，运动精度更高；要求能与计算机直接联接，从而更快和更准确地进行生产管理；并且由于产品的多样化使柔性生产设备得到越来越广泛的应用，这类设备要求能非常快捷地对Z进行重新编程，以实现同一机器对不同种类或尺寸的工件进行加工，从而大幅度降低设备投资，并实现小批量产品的生产自动化。采用气动比例/伺服控制系统，可以十分方便地实现设备的实时、多级和无级调节，降低设备生产节拍，提高设备寿命，实现柔性生产。8.1.2电-气比例/伺服控制系统的基本组成图4.&1表示了一•个典型的气动比例/伺服控制系统的基本组成。由图讨知，气动比例/伺服

4、控制系统或电气比例/伺服控制系统主要由四部分组成，它们分别是：控制阀（比例控制阀）、气动执行元件、传感器、控制器（比例控制器）。1.比例控制阀接受控制器发出的控制信号，并产生相应的气体流量或压力。因此，它的功能形式与控制器紧密相关。随着现代电子技术的飞速发展，电子模拟、数字器件的性能不断改善，价格上不断降低，IT前在实际应用的绝大部分设备屮都采用电控制器。因此，比例控制阀的输入信号，大多为电压或电流信号。控制气阀的核心功能，便是将输入的电信号按一定的规律转换为气压或流量驱动量。可见，控制气阀在电-气比例/伺服控制系统屮起了电-气接口作用。图4.8-1.典型的气动比例

5、/伺服控制系统的基本组成1.气动执行元件在比例控制阀输出的流量或压力作用下，产生运动速度或作用力。最常用的气动执行元件是气缸，也可以是摆动马达。2.传感器用于闭环式气动比例/伺服控制系统屮，这时控制器需要不断地监测执行元件的运动状态，据此计算其输出控制量。因此，传感器的检测量往往是电-气比例/伺服控制系统的最终控制量。由传感器输给控制器的电信号，又称为反馈信号。3.比例控制器通常具备两方面功能，首先是实现闭环控制，即根据传感器测量信号和设定信号，按一定的控制规律计算并产生与控制气阀匹配的控制信号；其次是实现机器的工作顺序控制，产生系统输出量的设定值。控制器的实现方式

6、有模拟式和数字式两种。8.1.3电-气比例/伺服控制系统的基本原理电-气比例/伺服控制系统的实现原理、控制方法可以有许多种。从系统控制方式上，可分为开环控制和闭环控制两类；从控制气阀功能上，可分为开关式和连续式两类；从系统的最终输出量的物理形式，可分为压力控制系统、力控制系统、定位系统、速度捽制系统等等。1.开环控制系统不需要测量最终输出量的传感器。这吋，控制器与气动执行元件间的信号流程是单向的，即控制器输出设定控制信号（电），经控制气阀转换为气压或流量驱动信号，最后经气动执行冗件产生输岀功率。而气动执行元件的最终输岀状态，反馈到控制器，因此，控制器输出的控制设定信

7、号，不受执行元件的当前状态影响。开环控制系统的优点是，系统组成简单，不存在控制稳定性问题；其缺点是控制精度低。2•闭环控制系统全部包含上述的四个部分，信号流程是：控制器输出控制信号（电），通过控制气阀输出气驱动信号（气），并作用于气动执行元件输出功率（机械运动）。执行元件的肖前状态，乂通过传感器转换为电信号反馈到控制器，从而完成闭环控制冋路。.在以上的闭环回路屮，控制器通过传感器输出的反馈信号，产生相应的控制信号，不断地纠正气动执行元件输出状态与希望状态的偏差。闭环控制系统的优点是，控制精度高，能减少气源床力、摩擦力、环境温度和其它因素变化对控制精度的影响，可以