[发明专利]基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统和方法

说明书

发明公开了一种基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统和方法，系统中的控制器检测气缸输出杆的位置，根据目标位置的大小，并根据控制器检测到的单杆双作动气缸左腔和右腔的压力之和与高压气源和大气的压力之和的差值关系，通过组合充气阀和排气阀的开启使得气缸输出杆向右移动与向左移动，从而实现气缸输出杆位置的精确快速控制。根据内部气压，外部气压和的关系采用不同的控制策略，将气压平衡的策略与根据位置误差分段的策略结合在一起，构成了完整的高精度控制方法，控制脉动小，避免了采用PWM方法时存在的频繁充放气而导致的气源浪费与噪声，减小了极限位置的控制死区，大大提高了阀的使用寿命与位置控制精度。

技术领域

本发明属于气动伺服控制领域，特别涉及一种基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统。

背景技术

气动伺服控制是以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化和自动化的一门技术。由于压缩空气获取成本低廉、无环境污染、使用维护成本低、系统设计环境要求低以及使用寿命长等一系列优点，使得气动伺服控制技术广泛应用在各种工业生产过程中。在现代汽车焊接生产线上，车身各工序的移动、车身外壳的快速定位以及焊枪的快速接近都需要用到精确的气动位置控制。

气动控制阀是气动伺服控制系统的关键。高速开关阀相较于伺服阀/比例阀，有着结构简单和成本低廉的特点，而如何采用低成本、易维护的高速开关阀代替伺服阀/比例阀组件高精度的气动伺服控制系统，一直是现代气动伺服控制研究的热点问题。目前在采用高速开关阀的气动伺服控制系统中广泛采用的是脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)方法。在带负载的气动位置控制中，经过改进的PWM方法使高速开关阀的平均驱动电压与负载移动速度的关系接近线性化，这种线性关系的建立使得原本极度非线性的气动系统能够获得更高的控制精度。

传统的位置控制方法一般不考虑内外气压的差异，并且仅仅采用PWM方法固定的控制多个阀的开启和关闭，实际造成了在气缸输出杆运动的左右极限位置容易卡死，并且控制死区较大。采用PWM方法也会带来气压的脉动误差，造成能源的浪费和控制效果较差。Xiangrong Shen等在Journal of Dynamic Systems,Measurement,and Control期刊2006年128期的“Nonlinear Model-Based Control of Pulse Width Modulated PneumaticServo Systems”文章中提到了一种3模式切换的高速开关阀切换方法以克服单纯PWM方法带来的脉动误差，Sean Hodgson等在Mechatronics期刊2012年22期的“Improved trackingand switching performance of an electro-pneumatic positioning system”文章中提到了一种考虑内外气压差的高速开关阀切换方法，通过简单的分段控制提高了位置控制的精度。但是上述基于PWM的方法都不能从根本上解决位置控制存在的控制死区问题，控制精度也难以进一步提高。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是解决传统PWM控高速开关阀位置控制系统控制精度低、存在控制死区的问题。

技术方案：