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    如何計算氣缸定位精度?

    氣動系統因其結構簡單、價格低廉、以空氣為介質,不污染環境等特點,在諸多領域有著廣泛的應用。但由于空氣介質的壓縮性大、精度小,因此氣動技術難以獲得高速響應及高精度的位置控制,因此迫切需要尋求一種廉價的反應快又位置準確的氣動位置控制系統,適應各領域發展的要求。本文對“PCM”控制技術進行了研究。
    2“PCM”控制原理
    控制回路由開關閥U0、U1、U2組成“PCM”控制閥組,依靠控制三個開關閥的開關組合來控制流量。節流閥開口面積a0、a1、a2為a0:a1:a2=1:2:4,當三個閥按不同組合開啟時,可統計8種不同流量。計算機根據控制量的設定值和檢測的控制實時值相比較,依據設定的控制規律,計算輸出一組二進制編碼控制“PCM”閥組的開啟,得到不同的綜合面積,從而改變了控制閥的流量,使氣缸能準確地運動至目標位置。
    “PCM”控制可采用開關時間較長的低性能閥,代替電-氣比例/伺服控制中昂貴的比例閥或伺服閥,以及“PCM”控制中的高速開關閥。
    氣缸1的活塞推動慣性負載2,活塞的位移由位移傳感器3檢測,本系統的位移傳感器為線性光柵傳感器,柵距為0.04mm(25對線/mm),精度為±0.01mm,輸出信號是相位差為90°的兩路方波信號,無需A/D轉換,可直接輸入計算機4。計算機根據指令位移信號ya和實際信號Y進行判斷和運算,發出輸出信號,經輸出接口板及功率放大器,控制U0~U4的開閉。其中U0、U1、U2構成PCM閥組,閥的節流口有效面積成等比級數,分別調整為0.110165mm2、0.220329mm2、0.440658mm2。對應于000至于111共8個二進制控制碼,可以組合成8個不同節流面積、從而形成8級活塞及活塞速度。
    氣動系統采用排氣節流進行控制,在氣缸排氣端設置了背壓PS3,以保證系統工作穩定、可靠、運動平穩。
    3計算機系統
    本系統采用IBMPC/AT機作為控制器的核心,由IBMPC/AT微型計算機、I/O接口、SGC-2型數顯光柵尺、閥門驅動電路,電磁閥和氣缸組成。系統采用8255并行口輸出,通過固態繼電器或直流功率放大驅動交流和直流電磁閥。由電磁閥開關控制氣缸氣體流量,即控制氣缸活塞移動的流量。由光柵傳感器反饋檢測移動量,通過8255并行口輸入PC微機.在PC機進行偏差計算,按PID算法調節。
    4PID調節
    本系統控制程序采用PID-PD算法。在偏差絕對值大于△e時,用PD算法,以改善動態品質。當偏差絕對值小于△e時,用PID算法,提高穩定精度。
    4.1PID算法
    PID校正的控制量為:
    離散算法可以表示為:
    式中,e:位置給定值與測量值的偏差量;en:第n次采樣的偏差量;en-1:第n-1次采樣的偏差量;T:采樣周期;TI:積分時間;TD:微分時間;Kp:比例系數。根據推理寫出(n-1)PID輸出表達式為:
    可得:
    程序中的實際算法為:
    Pn=Aen+Qn-1
    Qn=Pn-Ben+Cen-1 式中:
    初值可以取Qn-1=0,en-1=0、算法程序每一步要計算enPn和Qn,其中Qn用于下一步計算Pn。  
    初值可以取Rn-1=0,算法程序每步計算en、Pn和Rn,其中Rn用于下一步計算Pn。
    4.2PID算法程序
    采用擴充臨界比例算法,整定T、Kp、TI和TD值。為了提高穩定精度,控制系統設置了一個位置控制的門限值△e。計算機對數據處理后得到的位置誤差e進行判斷,若|e|>△e,實行PD控制,改善控制的動態特性。當|e|<△e時,實行PID控制,保證控制精度。

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