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电—气伺服控制的发展概况 |
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电—气开关/伺服系统采用数字信号控制的开关阀作电—气信号转换元件。这类系统成本低,对工作环境要求不高,且易于计算机控制;但获得宽频带、高精度比较困难。开关/伺服控制最早出现在液压系统中,Burrows最先将开关/伺服控制用于气动伺服机构中。八十年代初,T.Eun等人设计了一种新的气动开关伺服机构,并详细研究了该机构的稳定性和精度。以上的开关伺服机构都是通过简单的逻辑判断来反馈气缸位置,只能实现点到点(PTP)控制,而且精度很低。这期间,G.Belforate等人将机车制动技术引入气动机构,设计了一种带抱闸实现气缸在目标位置定位。这种气动开关伺服机构受负载等干扰的影响大,但定位后的刚度大,其定位精度约±0.3mm。 后来,日本的花房秀郎、原田正一等人用开关阀、节流阀的串并联实现气缸的分区控制,获得±0.4mm的定位精度。意大利的G.Belforate等人也对这种系统进行了研究,他采用的是无密封装置气缸和FESTO公司的开关阀、单向节流阀及FPC606微处理器等元件。理论上,这种控制能获得±0.0314mm定位精度,实际系统受间隙的影响,获得定位精度约±0.35mm。北京航空航天大学莫松峰博士用三个开关阀组成一个新的气动位置开关控制系统,实验结果表明,该系统具有实现简单、方便、成本低且性能好等优点。 以上的气动开关控制系统,尽管采用了位移传感器,但位移信号只是作为逻辑判断用,没有用来调节控制信号的大小,其本质上仍是开环控制,或者说是准闭环控制。因此,这种系统的特点是成本低、控制简单;但精度进一步提高受到限制。随着控制指标的提高,气动开关控制向脉冲调制的开关/伺服控制发展。脉冲调制方式有脉宽调制(PWM)、脉冲编码调制(PCM)、脉冲数调制(PNM)及脉频调制(PFM)等。 PWM控制原理是用一定周期Ts的脉冲信号驱动开关阀(见图1),用控制信号控制脉冲宽度DITs(I=1,2,…,n),即开关阀的关闭时间。因此,控制DI的大小宏观上等价于控制流过阀的介质流量。典型的气动PWM控制回路如图2所示。
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