PWM控制的气液联控伺服系统的实现与试验研究

　　1 引言

　　由于气体的低黏性,常规气压伺服系统的快速性较好。但由于气体介质的可压缩性,使得系统的固有频率和阻尼比都较低,系统的定位精度、频响及稳定性都低于液压伺服系统。根据气体和液体的流体特性,在常规气压伺服系统中引入液体介质,并进行控制,以改善系统的性能。在该系统中,气体仍可发挥其快速性好、清洁、易获得、易储存等一系列优点,仍可采用气压伺服系统中常用的控制方法,实现流量、压力调节,进而控制位置、速度、加速度和力。根据控制的需要,液压控制部分可产生连续可调的阻尼力,以获得合适的阻尼比。因此系统综合了气压与液压伺服系统的优点,能够实现输出无超调、精确快速的点位控制、连续轨迹控制、定位锁死等功能。当气压部分闭环控制,液压部分只提供适当的固定阻尼时,称此类系统为固定节流式气液联控伺服系统。当气压和液压两部分都进行闭环控制,称为气液联控并联伺服系统。气液联控伺服系统可实现常规气压伺服系统难以达到的高刚度、高精度和高频响,对气压技术应用领域的拓宽具有重要的意义。本文进行了常规气压伺服系统和固定节流式气液联控伺服系统的试验研究。

　　2 PWM控制的气液联控位置伺服系统的构成

　　气液联控伺服系统主要由气液动力机构、采样系统和控制系统三部分组成。其结构如图1所示。

　　气液动力机构由气液缸、气液控制阀和负载构成。气液缸可以采用两种结构形式:串联和并联。考虑到受力状况和两缸活塞同步运动精度,我们采用串联缸的形式。为防止由于泄漏而产生气液互串,在气液缸公共端盖上,开有泄漏气、液的排出孔。为了防止油液泄漏而在油缸内产生真空,设计了油缸的补油装置(图中油杯和单向阀)。

　　气、液控制阀都采用高速开关阀。选择阀时应使气、液高速开关阀的开关时间相等,从而消除由于两种开关阀开、关不同步,而需要通过控制器进行补偿的问题。

　　系统的负载由惯性负载和阻力负载组成。惯性负载由加在负载小车上的质量块决定。而阻力负载由负载气缸施加,负载大小由高速开关阀控制负载气缸的进排气量决定。

　　采样系统由位移传感器和力传感器组成,采用的位移传感器为直线位移光栅传感器,在液压缸活塞杆与负载小车之间加装了力传感器,以采集负载力数据。控制系统主要由一台工控机及外围输入输出电路组成。

　　3 PWM控制的气液联控位置伺服计算机控制系统

　　一般气、液伺服系统有两种控制方式,一种是利用伺服阀进行的连续控制,另一种是利用数字阀进行的流体脉冲控制。前者的控制方法成熟,控制效果好,但伺服阀价格贵,且对气液的清洁度要求高。