[发明专利]一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统

说明书

一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统，采将压缩空气的压力能转换成机械能，输出力矩使机构实现往复摆动。本文以两个电气压力比例阀作为控制元件，分别控制进入摆缸两腔的气体流量。通过对气缸容腔压力的实时调整，进而实现对摆缸角位移的精确定位。该控制系统采用智能型PD控制算法，在一定程度上解决了系统特性对控制作用的影响，系统的跟踪性能得到明显改善。

技术领域

本发明涉及一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统，适用于机械领域。

背景技术

由风动及液压技术演变而来的气动技术发展至今不到50年的时间，但由于气动控制系统结构简单，价格低廉，无污染及操作方便等诸多优点，工业领域气动技术的研究己越来越广泛。在许多易燃易爆场所，如石油、天然气的生产线上，喷漆等自动化装置中，由于气动系统的工作介质是空气，不会因摩擦而产生火花，所以在这些场合气动系统本身具有较强的安全性，这就克服了液压技术的某些弊端。因此，对气动系统的研究有着实际的应用价值。

气动摆缸又称摆动气马达，它是一种在小于360度范围内作往复摆动的气动执行元件，它将压缩空气的压力能转换成机械能，输出力矩使机构实现往复摆动。

发明内容

本发明提出了一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统，采将压缩空气的压力能转换成机械能，输出力矩使机构实现往复摆动。本文以两个电气压力比例阀作为控制元件，分别控制进入摆缸两腔的气体流量。通过对气缸容腔压力的实时调整，进而实现对摆缸角位移的精确定位。

本发明所采用的技术方案是：

所述控制系统采用日本SMC公司生产的齿轮齿条式气动摆缸，这种气缸的工作原理是通过一个可补偿磨损的齿轮齿条，将活塞直线运动转化为输出轴的回转运动，活塞仅作往复直线运动，摩擦损失小，有利于提高齿轮的机械效率。

所述气动摆缸角位移控制系统主要组成部分为被控摆缸、检测设备、电气控制部分、计算机及数据采集部分。

本发明的有益效果是：该控制系统采用智能型PD控制算法，在一定程度上解决了系统特性对控制作用的影响，系统的跟踪性能得到明显改善。

附图说明

图1是本发明的气动摇缸角位移控制系统结构示意图。

图中：1.比例阀1；2.受控摆缸；3.比例阀2；4.气源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，本实验采用日本SMC公司生产的齿轮齿条式气动摆缸，这种气缸的工作原理是通过一个可补偿磨损的齿轮齿条，将活塞直线运动转化为输出轴的回转运动，活塞仅作往复直线运动，摩擦损失小，有利于提高齿轮的机械效率。

本气动摆缸角位移控制系统的结构主要组成部分为：被控摆缸、检测设备、电气控制部分、计算机及数据采集部分。由图形可以看到，当摆缸左腔进气右腔排气时，活塞推动齿条向右运动，齿轮和轴做逆时针方向回转运动。反之，齿轮做顺时针方向回转。角位移传感器将摆缸的角位移实时反馈，这样就构成了一个闭环控制系统。电磁比例阀1、2完成受控摆缸的角位移伺服控制，根据角位移偏离目标位置的大小及方向应用控制算法，调整比例阀电压，进而控制摆缸两腔气体流量和流向，最终达到摆缸角位移的精确定位。

由于气动技术本身特点所致，本系统的数学模型比较复杂，模型参数与环境温度、气源压力、比例阀的参数、摆缸性能指标等诸多因素有关。采用基于系统模型的控制策略是比较难以实现的。而传统的PD控制不需要完全掌握被控对象的结构和参数，也不需要确定精确的数学模型，所以我们首先采用Pm控制对摆缸角位移进行定位。