气动比例伺服控制

气动比例、伺服控制

气动比例、伺服控制气动比例、伺服控制概述

气动比例、伺服控制气动比例伺服控制系统是由电气信号处理部分和气动功率输出部分所组成的闭环控制系统。

气动比例、伺服控制系统与液压比例、伺服控制系统比较有如下特点：

1）能源产生和能量储存简单。

2）体积小、重量轻。

3）温度变化对气动比例、伺服机构的工作性能影响很小。

4）气动系统比较安全，不易发生火灾，并且不会造成环境污染。

5）由于气体的可压缩性，气动系统的响应速度低，在工作压力和负载大小相同时，液压系统的响应速度约为气动系统的50倍。同时，液压系统的刚度约为相当的气动系统的400倍。

6）由于气动系统没有泵控系统，只有阀控系统，阀控系统的效率较低。阀控液压系统和气动伺服系统的总效率分别为60%和30%左右。

7）由于气体的粘度很小，润滑性能不好。在同样加工

精度情况下，气动部件的漏气和运动副之间的干摩擦相对较大，负载易出现爬行现象。

综合分析，气动控制系统适用于输出功率不大（气动控制系统的极限功率约为4kW），动态性能要求不高，工作环境比较恶劣的高温或低温，并对防火有较高要求的场合。

气动控制系统的设计步骤

气动控制系统设计计算气动控制系统的设计步骤气动控制系统是由电气信号处理部分和气压功率输出部分所组成的闭环控制系统。通常，气动控制系统的设计步骤为：

1）明确气动控制系统的设计要求；

2）确定控制方案，拟定控制系统原理图；

3）确定气压控制系统动力元件参数，选择反馈元件；

4）计算控制系统的动态参数，设计校正装置并选择元件。

气动伺服机构举例

气动伺服机构举例如图42.7-1所示，该伺服系统主要由波纹管、放大杠杆、控制滑阀、气缸及反馈机构等组成。供气压力为0.5MPa，信号压力为0.02～0.1MPa。

图42.7-1 波纹管滑阀式气动伺服系统结构原理图当进入波纹管1的控制信号压力增加时，波纹管1的推力增加，推动杠杆3，带动控制滑阀15向上移动，从而使气缸

下腔压力增加，上腔压力降低，活塞19向上移动，带动摇臂22输出角位移。这时连在活塞杆上的导槽21也带动正弦机构的摇臂6转动，连在同一转轴7上的凸轮8转向凸轮向径增加的方向。通过滚轮9把弧形杠杆10推向下转，将反馈弹簧12拉伸，反馈弹簧12对放大杠杆3的拉力随之增加，当反馈弹簧12对放大杠杆3的拉力与波纹管1的推力所产生的力矩相互平衡时，放大杠杆3连同控制滑阀15又回到了原来的平衡位置，整个系统又重新达到了平衡，而此时活塞已上升到相应的高度，气缸两腔所产生的压差与外负载相平衡。当控制信号压力降低时，动作相反。

（1）建立系统的数学模型

波纹管组件的传递函数式中Tx（s）——波纹管输出力矩的拉氏变换；

Px（s）——波纹管输入压力信号的拉氏变换；

K1=A1l1；

A1——波纹管受力面积；

l1——波纹管中线与支点A的距离。

放大杠杆力矩的传递函数式中T?（s）——反馈弹簧的反馈力矩的拉氏变换；

X（s）——控制滑阀阀芯位移的拉氏变换；

J——放大杠杆的转动惯量（kg·m2）；

l3——控制滑阀与支点A的距离（m）；BK——控制滑阀的粘性阻尼系数（N·s/m）；C?——反馈弹簧刚度（N/m）；

l2——反馈弹簧与支点A的距离（m）；——波纹管组件的增益；