（机械电子工程专业论文）闭环气动位置控制方法的研究.pdfVIP

贵州大学硕士学位论文 摘要 气动技术以其结构简单、操作方便、环境清洁、使用可靠、性价比高等优点，在工业 自动化领域得到愈来愈广泛的应用。但由于空气的压缩性大、粘度小、系统非线性等因素的 影响，气动系统难以实现精密的伺服摔制。如何实现气动装置快速、准确的位置伺服控制成 为目前气动领域研究的新课题之一。 本文在对由比例方向阀和无杆气缸组成的气动位置系统的特性进行研究的基础上，通过 对控制策略的理论研究和仿真分析，最终实现了系统的实时控制，并达到了。定的控制精度。 首先，建立了阀控缸系统的非线性数学模型，对系统特性进行了研究，讨沦了系统参 数对系统特性的影响；在此基础上，对气动比例位置系统进行了相应的控制策略的研究。提 出了本文采用的控制策略：模糊自适应p i d 控制策略。模糊p i d 控制应用模糊推理的方法， 实现p i n 参数的在线自整定，能够达到参数j ，包，b 取值的动态变化，使系统动态过程各 阶段的p i d 参数处于最佳状态，以获得满意的控制效果。 其次，应用m a t l a b ，详细地分析了系统的时域特性、频域特性。应用模糊自适应p i d 控 制方法对系统进行了计算机仿真。仿真结果表明，同传统p i d 控制相比，模糊自适麻p i d 控制方法，较好地结合了模糊控制灵活和适应性强的优点与p i d 控制精度高的特点，具有较 强的鲁棒性。 最后，运用l a b v i e w 对系统进行实时控制。控制结果证明了所建数学模型和所采用豹控 制策略的正确性。 关键词：气动比例位置系统数学模型位置控制比例阀模糊控制 m a t l a b 仿真l a b v i e w 编程 i v 贵州大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep n e u m a t i cc o n t r o l s y s t e m sp l a yv e r yi m p o r t a n t r o l e si nt h e i n d u s t r i a l a u t o m a t i o ns y s t e m so w i n gt of o l l o w i n ga d v a n t a g e s s i m p l ei ns t n j c t u r e ，l o wc o s to f t h ec o m p o n e n t s ，e s a yt ok e e pc l e a nt ow o r k i n ge n v i r o n m e n t s ，e a s yi np o w e rt r a n f e r , i l i 曲p o w e r - t o w e i g h tr a t i o ，a n ds oo n h o w e v e rp n e u m a t i cd r i v e se x h i b i th i i g h l y n o n l i n e a rc h a r a c t e r i s t i c sd u et ot h ec o m p r e s s i b i l i t yo fa i r , t h en o n l i n e a r i t yo fv a l v e s e t c i ti sv e r yd i f f c u l tt of i n da no p t i m a lc o n t r o l l e rt or e a l i z ep n e u m a t i cs y s t e mr a p i d l y , a c c u r a t e l yp o s i t i o ns e r v oc o n t r 0 1 b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp n e u m a t i cp o s i t i o ns y s t e mw i t hp r o p o r t i o n a lv a l v e a n ds i n g l ep i s t o n , ah i g hp r e c i s i o nc o n t r o lo ft h es y s t e mi sa c h i e v e db yr e s e a r c h i n g a n ds i m u l a t i o na n a l y s i so ft h ec o n t r o ls t r a t e g y f i r s t ，an o n l i n e a rm a t h e m a t i cm o d e li sb u i l t ，t h ec h a r a c t e r i s t i ci sr e s e a r c h e d , a n d t h ea f f e c to fs y s t e mp a r a m e t e r st ot h ec h a r a c t e r i s t i ci sd i s c u s s e d t h es e l f - a d a p t i v e f u z z y p i dc o n t r o li sp u tf o r w a r d b yf u z z yr e a s o n i n g , t h ep i dp a r a m e t e r sc a na d j u s t o nl i n e ，a n di t sv a l u ei sc h a n g e dd y n a m i cs o 勰t ok e e p 。t h eo p t i m a l - s t a t ea te v e r y m o m e n ti no r d e rt oo b t a i nt h ea p p r o v i n gc o n t r o le f f e c t s e c o n d , t h ec h a r a c t e r i s t i ci nt i m ea n df r e q u e n c yd o m a i n so ft h es y s t e mi sa n a l y z e d i nd e t a i lb yu s i n gt h em a t l a bt o o t ：t h es i m u l a t i o ni s d o n e 协s e l f - a d a p t i v e f u z z y p i dc o n t r o lm e t h o d t h er e s u l t ss h o wt h a t ：c o m p a r e dt ot h et r a d i t i o n a lp i d c o n t r o lm e t h o dt h i sc o n t r o lm e t h o di sc o m b i n e dw i t l le x c e l l e n c e so f a g i l i t ya n ds t r o n g a d a p t a b i l i t yo ff u z z yc o n t r o la n dh i g hp r e c i s i o no fp i dc o n t r o l ，a n dh a ss t r o n g r o b u s t n e s s l a s t , ar e a lt i m ec o n t r o li sd o n eb yl a b v i e w t h er e s u l t sv a l i d a t et h ec o r r e c t n e s so f m o d e l i n ga n dt h ec o n t r o lm e t h o d s k e y w o r d s ：p n e u m a t i cp r o p o r t i o np o s i t i o ns y s t e m ：m o d e l ：p o s i t i o nc o n t r o l ： p r o p o r t i o n a lv a l v e ：s t e pp i dc o n t r o l ：f u z z yc o n t r o l ：m a t l a bs i m u l i n k ：l a b v i e w p r o g r a m m e v 贵州大学硕士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含其它个人或集体已发表或撰写过的科研成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：垒l 堡宣e l 期：2 q q 星生月 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件或电子 版，允许论文被查阅或借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩影或其它复制手段保留论文和汇编本学位论文。 ( 保密论丈在解密后应遵守此规定) 论文仟者签名：鱼生奠盏一导师签名凇i - 日期：垫业显生姐 贵州大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 气动技术的特点、发展概况 气动技术具有许多优点，气动技术被称为“廉价的自动化技术”。近年来，微电子技术 与气动技术相结合使其呈现新的生机，使气动技术成为实现现代化传动与控制的关键技术之 一。采用气动技术的程度亦成为衡量一个国家的工业水平的重要指标之一。 1 1 1 气动技术的特点 气动技术是以压缩空气为工作介质传递动力及控制信号，来实现能量的传递、分配和控 制的，它是实现生产过程机械化、自动化的一门重要技术。 目前，气动和液压是两种较为酱遍应用的流体传动和控制方式，两者有许多相同点，也 有许多小同点，气动技术真止为全世界各个领域所接受并广泛应用，是由于h 益迫切的生产 自动化和操作程序合理化的需要，也由于气动技术具有以下许多的优点p 珂： 1 ) 气动技术以空气为工作介质，空气随处可取，且粘性小，在管内流动阻力小，便于 集中供气和远距离输送。因而，作为工作介质的压缩空气的物理性质，使气动技术在广泛的 各种应用中具有环保、安全、方便和费用低的优点。 2 ) 气动冗件结构简单，价格低廉，用过的空气口j 向人气排放，处理方便，不必使用回 收管道。 3 ) 气动系统清洁，即使有泄漏，也不会像液压系统那样污染产品和环境。 4 ) 纯气动控制系统不受电磁干扰、没有产生火花的危险，特别适合于有易燃或爆炸潜 在危险的场合。 5 ) 便于进行能量储存，可以进行应急或系统需要用。 6 ) 气压传动本身有过载保护性能。气动执行元件能长期在满负荷下工作，在过载时会 自动停止。 7 ) 气动元件运动速度高。普通气缸的运动速度一般为0 0 5 - 1 5m s ，有的高达2 - 3 m s ， 高速气缸可达15 m s 以上。 与此同时气动技术自身也有不少缺点【2 】： 贵州大学硕士学位论文 1 ) 空气斋进行除尘、除水处理。 2 ) 座体的可压缩性，阻尼小等特点，气缸活塞的运动速度容易随负载的变化而变化，从 而影响其运动的甲稳性，闭环伺服控制较困难。 3 ) 气压传动噪音较大，特别是气流速度较大的情况下。 4 ) 因工作压力较低，气动执行元件的输出推力比液压的要小。 尽管气动技术有一些缺点，但它的特点还是突出的，所以气动技术能在各个上业部f j 中 得到日益广泛的应用。本课题的思想就是寻找在充分利用气动技术优点的基础上，克服其自 身缺点的方法，使气动技术更好的为人类所利用。 1 1 2 气动技术的发展概况 人们利用空气的能量完成各种工作的历史可以追溯到远古，但作为气动技术应用的雏 形，大约开始于1 7 7 6 年j o h nw i l k i n s o n 发明能产生一个大气压左右的空气压缩机，使压缩 空气的应用不断推广。1 8 8 0 年，美国的威斯汀豪斯第一次利用气缸做成气动刹车装置【，s l ， 将它成功的用到火车的刹车制动上，显示了气压传动简单、快速、安全、可靠的特点，开创 了气压传动的上程应用。2 0 世= 纪3 0 年代初，气动技术成功的应用于自动fj 的开闭及各种机 械的辅助动作。进入到6 0 年代尤其是7 0 年代初，随着工业机械化和自动化的发展，气动技 术才广泛应用在生产自动化的各个领域，如：自动装置、机器入、半导体工业等尖端行业； 在自动化流程、包装机械、铸造和焊接设备、自动操作机、采煤移i 械、纺织机械、制鞋机、 木材加工机、食品机械等行业也有广泛的应用。 8 0 年代则是集成化、微型化的时代。9 0 年代末世纪之初，气动技术突破了传统的死区， 经历着飞跃性的发展。重复精度小于o 0 1m r l 的模块化气动输送机，5 m s 低速平稳运行及 t 7 m s 高速运动的不同气缸相继闯世。存与计算机、电气、传感、通讯等技术相结合的基础 上产生了智能气动这一概念( 气动比例与伺服、智能阀岛、模块化输送机) 。智能阀岛十分理 想地解决厂整个自动化生产线的分散与集中控制问题。现代气动的发展趋势是微型化、集成 化、模块化、智能化。 1 2 气动位置控制系统 随着工业自动化技术的发展，传统的气动系统只能在两个机械设定位置可靠定位并且其 运动速度只能靠单向节流阀单一设定的状况，己无法满足许多设备的自动控制要求。气动位 2 贵州大学硕士学位论文 置控制系统能够满足自动化设备柔性生产的要求，这使得气动技术得到越米越广泛的关注和 应用。气动位置控制系统作为气动技术的一个重要内容，它的出现可以追溯到2 0 世纪5 0 年代美国s h e a r e r 利用高温高压燃气开发的导弹舵机f 6 剐。一般意义上的气压位置控制系统， 也就是以工业应用为背景的常温常低压系统，是从2 0 世纪6 0 年代开始的。早期的研究要是 出于学术发展的兴趣，而现在则更多的受到上业需求的牵引。随着上业技术的日新月异，生 产线必须具有一定的柔性，才能不断满足人们对日益繁多的上业品的需求，产品换代日益增 快，总成本不断降低。这就对伺服驱动技术提出了越来越高的要求。 气动位置控制系统一般由控制器、电气控制元件、气动执行元件和反馈器件( 传感器) 组 成，如图1 1 所示。控制器一般指计算机或j 编程控制器等器件；电气控制元件为电气比例 阀、电气伺服阀和电气开关阀；气动执行元件一般指气缸：反馈器件一般指位移传感器1 2 2 1 。 图1 1 气动位置控制系统的组成 1 3 课题意义、内容及研究状况的论述 随着社会的发展、科学技术的进步以及现代制造工业水平的不断提高，自动化技术的覆 盖面越来越广，控制技术渗入到流体传动技术中的比重越来越大，使机械工业进入机电一体 化的发展阶段。近年来现代控制技术、电子技术以及机械技术的快速发展，特别足流体控制 技术的推广和应用，大大推动1 r 机电液气一体化技术的发展。计算机技术和智能控制理论的 发展为实际工程的控制技术提供了新的途径。本项目斧是从利用计算机对气动位置控制系统 进行控制的角度；l ；发，在对系统组成、性能进行分析和研究的基础卜：，引入先进的控制理沦 和控制手段，对该系统进行精确的数字控制方法研究。 通过本课题的研究，为气动系统数字控制的实现提供一定的理论基础和有效的实现手 段，引入先进的控制理论，为先进的控制方法在实际中的应用提供一个基础性研究。可完成 自动化控制技术在气动技术方面的结合，为工程应用提供有益的借鉴，在气动系统控制方面 具有一定的应用前景。研究课题处于学科交叉和学科前沿，课题具有重要的理论意义。 3 贵州大学硕士学位论文 作为前沿的产品和自动化设备更新的需要，气动伺服定位系统可以大量代替单调往复或 需要高精度的工作。近几年来，各国对气动伺服系统做了大萋工作，尝试各种控制方式和控 制策略，以期达到提高系统的定位精度。本课题研究的气动位置控制系统，足通过对气动比 例方向阀的控制达到在气缸任意点的定位。主要的着眼点在于位置控制分析和行程控制分 析，利用阀控缸建立数学模犁，同时利用m a t l a b 进行仿真分析，最后运用并a d 、d a 采 集卡对数据采集，运用l a b v i e w 进行编写控制程序，完成计算机对系统的实时控制。传魑 器检测气缸活塞的实时位置，从而经过气动伺服定位系统的p i d 增益算法，调节不同的比 例、积分、微分系数达到了自适应控制效果。论文主要内容为：气缸动态特性分析及建模、 各相关参数的处理、系统的性能分析、计算机仿真、计算机的实时控制。 4 贵州大学硕士学位论文 2 气动位置控制的数学模型 2 1 数学建模的基础 要掌握和控制复杂的系统，必须获得系统的定量数学模型。仔细分析系统变量之间的相 互关系并建立系统的数学模型是进行控制的一项必要的工作。由于系统本质上来讲是动态 的，所以通常是用微分方程组来描述系统，但人部分系统( 包括机械系统、流体系统和电气 系统等) 都是非线性的，必须实现系统的线性近似。本章对气动伺服控制系统的各个环节气 动比例阀、气缸的动态特性进行研究分析，并基十此推导出系统的线性数学模型，分析影响 系统固有频率和阻尼比的凶素。 在建立气动位置控制系统的数学模型时，为简化计算，首先假设系统巾的热力学过程为 准甲衡过程，过程中每一个状态都可以看成是甲衡状态，有确定的状态参数。这样，准甲衡 过程就可用一个随时问连续变化的状态参数来描述，因而为研究系统韵热力学过程带来极大 的方便。另外，还需作如下基本假设阳踟1 i ： ( 1 ) 工作介质( 空气) 为理想气体，满足理想气体状态方程p = f ，r r ； ( 2 j 气体流动过程为等熵绝熟过程，绝热指数后= 1 4 ； ( 3 ) 气源压力、大气压力和环境温度稳定； ( 4 汽缸与外界及气缸两腔之阿没有泄漏； ( 5 ) 忽略气体速度变化引起的气体惯性力的影响； 够) 气体进出气缸时流过节流臼的流动是稳定的一维流动； ( 7 ) 不考虑引力场对气流的作用： ( 8 ) 计算中采用质量流量。 本文中所述系统方框图如图2 ，1 所示，为建模方便，文中分：阀芯位移与气缸活塞位移的数 学模型、比例阕的数学模型和气缸上的位置传感器的数学模型三部分来完数学模型的建立。 。一一。j 删- i 毒。，三鼍二一墅竺! ，一电酚一，_ 目z ；一一蔓锻：一r 乙 鸶，入童匿一f 挝栅，面= ：_ ：；一叶，二一一1 ，哆_ i 翼鼍一_ 气缸；一_ 反馈电压o 再矗葛磊_ ； ： i i ， 。 。一 1 位置停感嚣- 一。 图2 1 系统方框图 5 贵州大学硕士学位论文 2 2 阀芯位移与气缸活塞位移的数学模型 图2 - 2 为简单型四通阀控对称气缸动力机构简图，南电气比例阀和气缸组成。其单方向 运动过程如图中箭头所示阀芯有一向右的位移量j ，使得气缸向右运动，位移量为y 。 动力机构基本方程包括：电气比例阀的质量流量节流方程、可压缩流体质量流量连续性方程、 气缸力平衡方程。分别对这三个力程分析如下： 一， 图2 2 简单型四通阀控对称气缸动力机构简图 2 2 1 电气比例阀的质量流量节流方程 控制阀的静态特性是描述稳态时，气体流经控制口的流量与压力和阀的输入位移之间的 关系在进行气动控制阀的静态特性分析时，除了应考虑气体的可压缩性外，还需考虑气体 流经控制节流口处的气流速度。在控制节流口处，由于进出口两端的压力变化，可能使气体 在节流口处的流速达到音速。气体的流动速度是进出口压力比值的函数。目前常采用 s a n v i l l e e e 流量公式( 6 7 l ： 根据气体动力学和热力学基本理论，可求得流经节流口的气体质量流量为： m 锄咆q h 跞 式中：形( + 害) 近似等于圆柱滑阀控制截面通道面积。 6 ( 2 1 ) 贵州大学硕士学位论文 m 气体质量流量( k e c s ) c d 阀节流口流量系数，取0 6 8 七定压比热和定容比热之比( 对于理想的气体k = 1 4 ) 露气体常数( n m k g k ) p j 变节流口出1 2 1 t 玉, ) j ( n m 2 ) p ，可变节流口进口压力( n m 2 ) l 进口时的气体温度( k ) 矿滑阀的面积梯度 毛l 阀芯位揿m ) h 滑阀的阀芯与阀套间的间隙量( m ) 由式( 2 1 ) 知，流经控制节流口气体的质量是阀芯位移和压力比值t , p s 的函数。当凡 一定时，气体的质量流量会有一个最大值，该值可通过求解方程a m a ( 卫) = o 求出。称此 |pi 压力比值为临界压力比岛当压力比值小于c o 时，气体通过节流口的流动称为超临界流动 气体流速为音速，大于岛时，称为亚临界流动，流速为亚音速 岛：- 5 ：( 掣) 占 p 。 对于理想气体，其比热比忌= q = 1 4 ，则有嗌界压力比c o = o 5 2 8 在最大气体 质量流量下气体的流动速度在节流口处达到音速，尽管出1 7 - 1 压力减小到低于临界压力，气体 质量流量也不会有明显的变化，此时节流1 5 1 处于被抑制状态，抑制流量为： m = g p 。矽( 以+ 垒2 x 三k + 1 ) - 击 为了便于写，令： 五= 高 i 缈c 熹，击 蒯i缈( 南r l 赢l 7 ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 - 5 ) 贵州大学硕士学位论文 则有： 2量+ il f ( c ) = p 一c 七) 2 m d = 。( 丝c o ) p s ( 丝 c o ) ps ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 丛芝) p 6 ( 2 - 8 ) ( 丝 儿一以 ， 旦厉 旦厉 厅一2 办2 + + x 工 矿 渺 p p 彳 d q 巳 以一岛 旦厄生厄 愚2 忍一2 + + “ 缈 矿 岛 仇 g o l i m 、， 引 啪 i 一 儿一九 儿一以 ，|、，二， 贵州大学硕士学位论文 牛到= 屹一斟= 印b 最喙， c a p 6 t w e ( 旦c o ) p 嗽 ( 笠 电流通过线圈时产生的电磁力为： f = s , z g n c i o = k ，t 式中：，线圈所受的电磁力饼) 吃工作气隙中的磁感应强度( b 厂r ) d 线圈的平均商径( m ) 札哥空制线圈的匝数 k ，电磁力系数，k ，= 色x d n c ( n a ) 1 6 ( 2 - 5 2 ) 贵州大学硕士学位论文 线圈组什的力平衡方程为： f = m 箬+ 艿妄+ 式中： ( 2 s 3 ) b 作用在线圈组件卜的负载力( n ) 若忽略作用在线圈组件上的负载力乓，( 2 - 5 2 ) 、( 2 5 3 ) i 丙式联立，得： 墨；膨垒c l t 2 + 唾 ( 2 泓) ，。( s ) ：k , , u s ( s ) - k _ b s x ( s ) ( 2 5 5 ) ( r + 0 x l + 二) 彩 士由。、捩嘲l 础圈的址坼蛹壶 。、一r + 勺 舯朋r r 瑚黻鳓撕解棚一。彳 眈( s ) = u 慨( 彦) 一足蜃x o ) ( 2 - 5 6 ) 墨，。( s ) = ( 脚+ b ) s x ( s ) ( 2 5 7 ) 出此可得比例阀的传递函数如式( 2 5 8 ) 所示。为避免放人器特性对阀特性的影响，通常采用 电流负反馈伺服放大器，以使控制线圈回路的转折频率功。很高l 够。0 【1 2 1 ，因此控制电 x ( s ) ( o ( s ) 其中：比例阕的固有频率纸= 磊一服比氛2 蔫糕 1 7 ( 2 - 5 8 ) 写瓣 贵州大学硕士学位论文 2 4 气缸上的位置传感器的数学模型 气缸卜的位置传感器其输出的电压信号值与其所在位置成线性比例关系，其关系式为： u 移= k 移y 足痧吨置传感器的比例增益 拉氏变换得： 梨：如 一= ， 】，( s ) 刀 2 5 系统总的数学模型 系统总的数学模型如图2 5 所示： ( 2 - 5 9 ) ( 2 - 6 0 ) 系统的开环传递函数为： 圈2 5 系统总的数学模型 )2瑶荨蕊k#(bls一+bo) 1 ) 2 6 小结 本章根据气体热力学理论推导出气缸的流量方程、气缸的力平衡方程、比例阀的压力流 量方程和阀零位系数，分析了比例阀的动静态特性，并对由比例阀和气缸组成的气动系统的 特性建立了系统的数学模型，为具体分析系统的稳定性等奠定基础。 1 8 3 相关参数的处理 3 1 气动位置控制系统原理图 本文所涉及的气动位置控制系统是卡要比例阀控制无杆气缸的运动，比例阀的控制信 号是电压信号该电止信号是由尢朴气劬l 的传感器f ；号和给定信号的差值，电n 、信号模 拟量信号，为r 运州计算机编程控制，必颁将模拟精信号进行转换+ 实现此转换的儿州为数 据采集卡。气动位置控制系统原理削如图31 昕示。 3 2 3 2 = 阑1 1 静音空压机 一i _ ：文_ 空气m 缩机是气游装置c 的- 体，它足将原动钓_ 笥釜璺 橐黧翥桊i | _ i | 囊蟊釜 能胃是小缩空气们l 昧艇生蛙置。窄l 爪缩机的嘲蕾叠函釜叠霞粤 选样 舞依据气动系统的 侔j | 、，j 用* l 督。1 游的 一，_ z ，吲为要考虑供气管道的沿程损失和局部损失。如果系统中某些地方的工作压力要求软低 可以采用减压阀来供气，嘲3 2 为本系统选用们静音窄压机。其性能参数如表31 所示。 特性 数值 特性 数值 竺量 i m 处4 0 d b ( a ) 最大输出压力 8 0 0 k p a ( 8 b a r ) 流量 储气罐存量 2 3 0 v 5 0 h z ：03 4 k w 3 2 2 过滤、调压组件( 二联件) 二联件由过滤器、压力表、截止阉和快插接口组吨 圈3 3 所示。安装_ n = 叮旋转的支架上过滤器有分水装置 - 口以除j 、压缩窀气中的玲凝水、颗粒较尢的同态杂质和 油清。减压阀可以控制系统中的工作压力，同时能对 眶力的波劬做出 偿。滤杯带有手动排水阀。萁特性表 如表32 所示。 获32 过滤、调j e 纽件特性表 特性 数值 额定流最 最大输入压力 1 6 0 0k p a 0 6b a r ) 最大工作压力1 2 0 0 k p a ( 1 2 b a r ) 过滤等级4 0 m 冷凝量 3 2 3 比例方向控制阀 阁33 过滤、填压组件( ，：联件 比例方f ，l 控制妇 f m p y e - 5 1 8 h f - 0 t o - b ) ，具肓流量控制功能用于谤节气缸的速度 再忙三通阀町同时调节气缸运动方向。其模型图和特性表分别如阿3 4 和表33 所示。 表33 比例方向挖制阀特性表 罔34 比例方向挖制阀 1 特性 数值特性数值 j 开关功能耐要说明三位五通阀，主气口接口蝶纹 1 开关助能代号 额定 ：作电n i ( d c ) j 中位开关功能荚闭最小直流t 作电压 工作原理 滑闷式最夫滞后0 4 功能零件阔芯最大功耗 先导n 控式直控式通电持续率 公称通径设定值信号形式电压 最低工作压山 0 b a r最小设定电压 最高工作压力最大设定电压 最低环境温度 0 度殴定值对应输 电流1 0 v 时舯“a 最低环境温度5 0 度设定值对应输入电流5 w j0 “a 虽犬直流工作电压设定值对应输入电流 0 v 时- 8 0 “a 3 2 4 无杆气缸 博35 为d g p l 无杆气缸，其特性如表34 所示。晟显著的特点就是占用空间小，动态 性好抗扭能力强结棉坚明。适旨于厨忭搬运系统其育组成多轴系统的接口，也町用f 2 l m 州 i 恒论j 斋要较人负载怛又要求l 川空间小的场台- 0 肯i 种不脚类型的导向 d g p 基奉气缸，带集成的导轨，刚于较小的缸裁 d g p l - g f 带普通轴承导轨用于t p 等负载，鞍小的扭矩 d g p l k f 滚珠轴承导轨川于较人扭矩和较大负载，同刚提a 啪确导向 表34 d g p l 咒材气缸特性表 图35d g p l 光杆气缸 3 2 5 模拟式位置传感器 位置1 感器( m l o - p o t - 4 5 0 - t l f ) 如图36 所示它和直线驱动单元一起使用可竹1 定位装 置。是伺服定位应用及智能软停止系统( s p c i o s p c i l 的组成部件。特性如表35 所示。 其特点： i多种山式安装于d 6 只d g p l 驱动器 2 在顶端 3 舟侧面 4 插入式连接 女州太学i 学位论女 表35 模拟式位置传感器特性表 图36 模拟式位置传感器 特性 数值特性数值 充许工作电压行程 输出电挂 0 1 0 v有效重复精度 3 2 6 数据采集卡 根据系统的实际需要。我们采购了北京中泰研a 性产的p c i 一8 3 3 3 数据采生卡。本 上 的a d 、d a 转换均为1 2 位，同时还备有1 6 路数字量输入和】6 路数字量输m 接u 三略 1 6 位字长的计数，定时器以及i m h z 的基准州钟。本卡的a i d 转换店动冉式o j 咀选用程 序触笸、定时器自动触笸外同步触发等方式转换状态可以用程序查询t 也可以用中断方 式通知c p u 读取转换结果。 p c l 8 3 3 3 主要由模数转换电路、数模转换电路、数字量输入输出电路，定时，技术起电 路和接口控制逻辑电路构成。 3 2 6 i 模入部分( a d ) 外部模拟信号纶多路转换扦关选择后送入高速放大器处理。放大器前后设有单，双端输 入选择跨接器k j 】、k j 2 和转换码制选择跨接器k 1 3 ，处理后的信譬送入模数转换器进 _ 转 换。模数转换器的启动可以使用程序启动方式或者定时器定时触发启动方式，也可用外部触 发方式启动。萁转换状态和结果可用程序查询和读h ：。转换结束信号也可用中断方式通知 c p u 进行处理。 主要技术参数： 贵州大学硕士学位论文 输入通道数：单端1 6 路( 标为出厂标准状态，下同) 双端8 路 输入信号范围：0 v , - 一i o v * ：5 v + 5 v 输入阻抗：芝1 0 m l 2 a d 转换分辨率：1 2 位 a d 转换速度：1 0 i t s a d 启动方式：程序启动定时触发启动# 1 - 触发启动 a d 转换结束识别：程序查询中断力战 a d 转换非线性误差：- a ：l l s b a d 转换输出码制：单极性原码，双极性偏移码 系统综合误差：s 0 ，1 e s 3 2 6 2 模出部分( d a ) 模拟量输出部分由d a 转换器件和有关的基准源、运放、阻容件和跨接选择器组成。 依靠改变跨接套的连接方式，可分别选择电压或电流输出方式以及不同的输出量程。当采用 电流输出方式时，本卡可直接外接、型执行器。d a 部分具有加电自动清零功能，当主 机加电启动时，将自动关闭d a 部分的基准源使d a 输出为最低。 主要技术参数： 输出通道数：2 路 输出范胃：电压方式：o - 5 v ；0 - i o v * ；- 5 v + s v ：- 2 5 v + 2 5 v ： + l v + 5 v 电流方式：0 - - - 1 0 m a ；4 - - - , 2 0 m a 输出阻抗：s 2 f 2 ( 电压方式) d a 转换分辨率：1 2 位 d a 转换输入码制：二进制原码( 单极性输出方式时) 二进制偏移码( 双极性电压输出方式时) d a 转换综合建立时阀：墨2 s d a 转换综合误差：电压方式：s o 1 e s 电流方式：s o 5 e s 电压输出方式负载电流：5 m a 电流输出方式负载电阻范围： 使用机内+ 1 2 v 电源时：0 - - 2 5 0 d , 2 4 贵州大学硕士学位论文 外加+ 2 4 v 电源时：0 7 5 0 f l 3 3 已知负载情况及运动参数 已知负载情况及运动参数如下： 绝热温度：c = 2 8 8k 气体常数：r = 2 8 7 1 3n m k g k 阀节流口流量系数嘲：( 0 = 0 6 2 8 定压比热和定容比热之比：七= 1 4 ( 理想的气体) 工作气源的压力：以= 7b a r ( 绝对压力，设定) a 腔压力：见= 6 4b a r ( 绝对压力，实验得) b 腔压力：p 6 = 2 1b a r ( 绝对压力，实验得) 排气口压力r 见= 1 0b 甜( 绝对压力，实验得) 负载质量：历= 5g g 气缸的最大运动速度( 即负载时活塞的最大速度：y 哪。= 1 8m s 气缸的最大加速度( 即负载时活塞的最大加速度) ：a m x = 1 3 5m s 2 气缸的最大t 作行程为：，= 0 4 5m 气缸的缸径为：d = 0 0 2 5m 滑阀的阀芯直径为：d = 0 0 0 61 1 1 滑阀的阀芯与阀套间的间隙量：h = 0 0 1 衄 粘性摩擦系数：f = 2 2 8n s m 则负载瞌力为：凡= 以一办= 6 4 2 i = 4 3b a r 则活塞的有效作用面积为： 母= 三= 4 9 1 x l o 一4m 2 气缸活塞处于中问甲衡位置时的单侧容积：圪= 圪