一种实用的气液联动伺服纠偏系统的设计与研究

　　引言

　　气液联动伺服技术是一种针对常规气压伺服系统的缺点,基于传统的气液联动技术,将液体介质引入到气压伺服系统中并进行闭环控制.从而构成了全新的气、液复合介质传动系统。在该系统中,液压部分不需要液压源,仅提供连续可调的阻尼力,动力由气压部分提供,并采用高速开关阀,用PWM(脉冲调制)对其控制。因此该系统体积小,结构简单,液体介质的引用,使其不仅具有液压系统的良好的静动态稳定性、高精度、高频响等特性,而且还具备气压系统环保、安全、经济和快速性好等优点。目前,较常规气压伺服系统而言,气液动伺服系统综合了气压与液压伺服系统的优点,实现了输出无超调、精确快速的点位控制、连续轨迹控制、定位锁死、精确的速度和力伺服控制等功能。

　　在软包装(如造纸、分切机、涂布机、塑料印刷、印染、胶卷等)生产线上,卷筒材料在行进过程中,由于前道工序收卷不整齐或本机组中的机械误差、导辊偏差、振动以及带材张力的波动等原因形成带材跑偏现象。因此,为保证生产的正常运行,需要设计跑偏检测与控制装置,对生产线实施有效的纠偏控制。生产流水线作业的高速度,使传统的手动控制存在调节不及时、控制精度差等问题,所以需要使用自动跑偏检测与控制装置来解决该类问题。本文所设计的气液联动伺服纠偏系统就能够实现快速检测与精确调节,在该领域中具有广泛的应用前景。

　　1　气液联动伺服纠偏系统组成及工作原理

　　气液联动伺服纠偏系统的基本构成如图1所示。它主要包括带材偏差信号检测器、气液转换器、液压缸以及相关控制元件组成。基本工作原理:如图1所示,光电传感器6监视运动中的带材5的边缘。当带材边缘不发生偏移时,光电传感器输出信号为零,即伺服阀无输出,液压缸4无输出,带材边缘不被移动。当带材边缘向右偏移时,光电传感器输出偏移信号,然后经过采样放大输入到控制器中。控制器通过对偏差信号的计算处理输出对气压高速开关阀的控制信号控制其关闭,当右边高速开关阀打开时,气源经过阀门进入气液转换器1,将气压信号转换成液压信号,液压缸4的右腔压力升高,使得导向机构推动带材向左移动,直到带材边缘向右偏移量为零为止。反之亦然。由此达到带材边缘自动对齐的目的。根据系统的工作原理,可以画出其方框图,如图2所示。

　　2　系统主要元件的选用

　　针对图1所示的结构,为了进一步提高系统纠偏的平稳性、快速性和精确性。在本文研究的伺服系统中,采用某公司生产的气压高速开关阀VQ110U-5G-M5,该种阀是采用PWM的方法进行控制的。当系统进行纠偏时,实时计算出系统的输出,把活塞位移与理想输出进行比较后得出误差值,经控制器计算出控制量,再通过软件方式生成PWM信号,来控制气压高速开关阀的占空比,进而控制液压缸两腔的液压量,使得系统向着减小偏差的方向运动;在系统中选用某单位出产的GX-A型直线光栅位移传感器,细分后的分辨率达到0. 01mm;QY型气液转换器是一种将气压转换成等液压的元件,能获得良好的稳定性和低速性能,可使液压缸平稳匀速调节。QY型气液转换器消除了气压传动中低速爬行现象,实现平稳传动;为改善系统响应特性,本文拟采用由阻尼器和活塞式蓄能器组成的动压反馈装置,并连在液压缸进回油路之间。这样,即不在破坏系统的稳定性的情况下,又可以提高系统的快速响应特性。该设计的仿真研究在文献[6]中已做过详细讨论。