一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统技术方案

一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统，采将压缩空气的压力能转换成机械能，输出力矩使机构实现往复摆动。本文以两个电气压力比例阀作为控制元件，分别控制进入摆缸两腔的气体流量。通过对气缸容腔压力的实时调整，进而实现对摆缸角位移的精确定位。该控制系统采用智能型PD控制算法，在一定程度上解决了系统特性对控制作用的影响，系统的跟踪性能得到明显改善。

A new PID algorithm in pneumatic swing cylinder angular displacement control system

A new PID algorithm is used in the angular displacement control system of pneumatic swinging cylinder, which converts the pressure of compressed air into mechanical energy, and the output torque makes the mechanism oscillate in reciprocating. In this paper, two electric pressure proportional valves are used as control elements to control the flow of gas into the two chamber of the swing cylinder respectively. Through accurate adjustment of cylinder chamber pressure, accurate positioning of swing cylinder angular displacement is realized. The intelligent PD control algorithm is used in the control system. To a certain extent, the influence of the system characteristics on the control is solved, and the tracking performance of the system is obviously improved.

【技术实现步骤摘要】
一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统
本专利技术涉及一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
由风动及液压技术演变而来的气动技术发展至今不到50年的时间，但由于气动控制系统结构简单，价格低廉，无污染及操作方便等诸多优点，工业领域气动技术的研究己越来越广泛。在许多易燃易爆场所，如石油、天然气的生产线上，喷漆等自动化装置中，由于气动系统的工作介质是空气，不会因摩擦而产生火花，所以在这些场合气动系统本身具有较强的安全性，这就克服了液压技术的某些弊端。因此，对气动系统的研究有着实际的应用价值。气动摆缸又称摆动气马达，它是一种在小于360度范围内作往复摆动的气动执行元件，它将压缩空气的压力能转换成机械能，输出力矩使机构实现往复摆动。
技术实现思路
本专利技术提出了一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统，采将压缩空气的压力能转换成机械能，输出力矩使机构实现往复摆动。本文以两个电气压力比例阀作为控制元件，分别控制进入摆缸两腔的气体流量。通过对气缸容腔压力的实时调整，进而实现对摆缸角位移的精确定位。本专利技术所采用的技术方案是：所述控制系统采用日本SMC公司生产的齿轮齿条式气动摆缸，这种气缸的工作原理是通过一个可补偿磨损的齿轮齿条，将活塞直线运动转化为输出轴的回转运动，活塞仅作往复直线运动，摩擦损失小，有利于提高齿轮的机械效率。所述气动摆缸角位移控制系统主要组成部分为被控摆缸、检测设备、电气控制部分、计算机及数据采集部分。本专利技术的有益效果是：该控制系统采用智能型PD控制算法，在一定程度上解决了系统特性对控制作用的影响，系统的跟踪性能得到明显改善。附图说明图1是本专利技术的气动摇缸角位移控制系统结构示意图。图中：1.比例阀1；2.受控摆缸；3.比例阀2；4.气源。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，本实验采用日本SMC公司生产的齿轮齿条式气动摆缸，这种气缸的工作原理是通过一个可补偿磨损的齿轮齿条，将活塞直线运动转化为输出轴的回转运动，活塞仅作往复直线运动，摩擦损失小，有利于提高齿轮的机械效率。本气动摆缸角位移控制系统的结构主要组成部分为：被控摆缸、检测设备、电气控制部分、计算机及数据采集部分。由图形可以看到，当摆缸左腔进气右腔排气时，活塞推动齿条向右运动，齿轮和轴做逆时针方向回转运动。反之，齿轮做顺时针方向回转。角位移传感器将摆缸的角位移实时反馈，这样就构成了一个闭环控制系统。电磁比例阀1、2完成受控摆缸的角位移伺服控制，根据角位移偏离目标位置的大小及方向应用控制算法，调整比例阀电压，进而控制摆缸两腔气体流量和流向，最终达到摆缸角位移的精确定位。由于气动技术本身特点所致，本系统的数学模型比较复杂，模型参数与环境温度、气源压力、比例阀的参数、摆缸性能指标等诸多因素有关。采用基于系统模型的控制策略是比较难以实现的。而传统的PD控制不需要完全掌握被控对象的结构和参数，也不需要确定精确的数学模型，所以我们首先采用Pm控制对摆缸角位移进行定位。PID控制对于本气动系统来说，难以达到精确定位和快速进入稳态，虽然调节PID参数可以在一定程度上改善控制系统的性能指标，可是要想使摆缸角位移既快速又准确的定位于目标值，就需要采取新型的控制策略，于是我们根据实际系统的特性，在P山算法上做出了一些改进。由于气动系统固有的诸如可压缩性大，粘度低等特点，气缸中受控气体体积的变化过程总是要滞后于比例阀电压的改变过程。也就是说在比例阀根据控制算法做出了电压调整之后，气缸中的气体因为压缩性大的特点，不能迅速执行控制作用，摆缸齿轮的旋转在时间上总是有个滞后过程。所以，这就需要在摆缸角位移达到稳态后及时调整控制策略，避免摆缸因前一时刻控制作用的滞后到来，而再次出现偏离目标位置的现象。由于气体压缩性较大，摆缸角位移的改变不可能与控制器的控制作用同步，因此可能出现控制器因系统进入稳态而没有新的控制增量产生，而摆缸因为受控作用效果滞后及气体体积易波动等原因又重新偏离稳态的现象，为克服这一弊端，控制策略还应该进行调整。气动摆缸的角位移控制系统对多点期望目标同样有较强的跟踪能力。对于低频的正弦信号可以达到精确地实时跟踪目标值，在正弦波频率加快时基本上也能达到快速准确地定位。这主要是由于智能PD控制算法较好地解决了此气动系统阻尼小，控制作用滞后等弊端，因此提高了系统的跟踪能力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统，其特征是：所述控制系统采用日本SMC公司生产的齿轮齿条式气动摆缸.这种气缸的工作原理是通过一个可补偿磨损的齿轮齿条，将活塞直线运动转化为输出轴的回转运动，活塞仅作往复直线运动，摩擦损失小，有利于提高齿轮的机械效率。

【技术特征摘要】
1.一种新型PID算法在气动摆缸角位移控制系统，其特征是：所述控制系统采用日本SMC公司生产的齿轮齿条式气动摆缸.这种气缸的工作原理是通过一个可补偿磨损的齿轮齿条，将活塞直线运动转化为输出轴的回转运动，活塞仅作往复直线...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆宝，
申请(专利权)人：吴庆宝，
类型：发明
国别省市：辽宁,21