一種氣動力伺服系統力控制效果測試平臺及方法
【專利摘要】本發明專利涉及一種氣動力伺服系統力控制效果測試平臺，包括：機械結構及電氣控制系統。機械結構包括模塊化氣動回路、轉動制動機構、移動機構、作用曲面結構、支撐結構、走線結構，電氣控制系統包括數據采集與處理電路、力傳感器、PC機等。本發明涉及氣動力伺服系統通過力傳感器反饋信號構成閉環系統回路，加載于信號處理電路板中控制算法對偏差信號進行運算，計算結果用于調節氣缸末端輸出力。機械結構實現氣缸沿一個方向的運動以及模塊化氣動機構與運動方向小角度的偏轉。本發明具有集成度高，結構緊湊，性能可靠的優點，可以有效的檢測氣動力伺服系統的力控制效果。
【專利說明】
一種氣動力伺服系統力控制效果測試平臺及方法
技術領域
[0001]本發明專利屬于氣動控制中氣缸輸出力控制領域，涉及一種可以在不同的氣缸伸縮量、氣缸伸縮方向與移動方向任意夾角、以及考慮重力影響等諸多情況下氣動力伺服系統力控效果測試平臺。
【背景技術】
[0002]由于氣動系統相較于傳統的液壓、電子、電氣系統具有成本低、高出力/質量比、易維修以及結構簡單、抗環境污染等優越性，目前氣動伺服系統已經越來越多的應用于自動化領域，且主要是對氣缸活塞桿的位置進行控制。但由于氣體本身可壓縮性大，剛度低，阻尼小的特性，以及氣動系統控制閥閥口流動的非線性、氣缸摩擦力等的影響，使得氣動伺服系統具有嚴重的非線性，從而給氣動伺服系統的較高精度的控制帶來很大的困難。
[0003]為解決該難題，近年來針對氣動系統控制策略的研究層出不窮-從簡單的PID控制到神經網絡PID、滑模控制、模糊控制等。同時，對于氣動伺服系統控制效果的檢測，眾多高校實驗室更多的選擇在面包板盛固定氣動元器件，從而對控制效果進行檢測，沒有更多的效率重力等對控制效果的影響，導致研究成果的工程化應用受到很大的限制。

【發明內容】

[0004]本發明專利設計一種氣動力伺服系統力控制效果測試平臺，解決了對于氣缸力控制效果不能很好測試，以及力控制測試時因素考慮不周全的問題，大大提高了測試平臺的通用性與實用性。
[0005]本發明設計開發的具有氣動力伺服系統力控制效果檢測功能的測試平臺，包括:機械結構和電氣控制系統。其中，包括:機械結構和電氣控制系統;所述機械結構主要由模塊化氣動回路、轉動與制動機構、移動機構、作用曲面結構、支撐結構、走線結構部分組成；模塊化氣動回路與轉動與制動機構之間固連，轉動與制動機構與移動機構通過滑塊上的進行固連;支撐結構由型材架搭建而成，模塊化氣動回路、轉動與制動機構與移動機構構成的組件通過T型螺釘固連在支撐結構上;作用曲面結構包括作用曲面、曲面支撐板等零件，作用曲面結構固定于支撐結構的側面，從而保證氣缸活塞桿沿著作用曲面的法線方向；走線結構采用拖鏈實現現場走線美觀整潔的要求;所述電氣控制系統包括具有數據采集與運算功能的電路板，軟件仿真測試界面及PC機。力傳感器的反饋信號通過數據采集卡的A/D通過采集后輸入控制程序，通過運算功能的電路板的運算調整比例壓力閥的控制電壓，從而實現氣缸輸出力的恒定，同時采集的數據及力傳感器反饋信號可以在PC機LabVIEW編寫的軟件仿真測試界面中實時顯示。
[0006]進一步，所述模塊化氣動回路與轉動與制動機構之間螺紋固連。
[0007]進一步，所述轉動與制動機構與移動機構通過滑塊上的螺紋進行固連。
[0008]進一步，所述支撐結構采用鋁型材。
[0009]本發明的另一技術方案在于，提出了一種實現氣動力伺服系統力控制效果檢測的方法，步驟如下:
首先將模塊化氣動回路固定于移動機構的某一位置，并且保持氣缸活塞桿方向與移動機構導軌方向的夾角不變。給氣動回路供氣，電氣系統上電，檢測該靜止狀態下氣缸輸出力的控制效果，此時氣缸活塞桿伸縮量不變。通過該靜止狀態下的測試，可以檢測氣動力伺服系統的控制精度。在此基礎上，進行控制系統的進一步測試，通過調節電機的速度，控制模塊化氣動回路沿移動機構導軌方向運動的快慢，實現氣缸活塞桿沿著給定作用曲面被迫伸縮，測試氣缸活塞桿不同收縮量下系統力控制精度與響應時間，該過程保持氣缸活塞桿與移動方向夾角不變。更進一步的測試是改變活塞桿與移動方向的夾角，測試不同夾角情況下系統里控制效果和控制精度。
[0010]與現有技術相比，本發明的氣動力伺服系統力控制效果測試平臺及方法解決了對于氣缸力控制效果不能很好測試，以及力控制測試時因素考慮不周全的問題，大大提高了測試平臺的通用性與實用性。
[0011]
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明氣動力伺服系統力控制測試平臺的主要硬件連接圖；
圖2為本發明氣動力伺服系統力控制測試平臺的軟硬件連接圖。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0015]請參閱圖1和圖2，一種具有恒力控制功能的氣動柔順系統，包括:包括:機械結構和電氣控制系統。其中，機械結構主要由模塊化氣動回路1、轉動與制動機構2、移動機構3、作用曲面結構4、支撐結構5、走線結構6部分組成。模塊化氣動回路I與轉動與制動機構2之間螺紋固連，轉動與制動機構2與移動機構3通過滑塊上的螺紋進行固連。支撐結構5由型材架搭建而成，模塊化氣動回路1、轉動與制動機構2與移動機構3構成的組件通過T型螺釘固連在支撐結構5上。作用曲面結構4包括作用曲面、曲面支撐板等零件，作用曲面結構4固定于支撐結構5鋁型材的側面，從而保證氣缸活塞桿沿著作用曲面的法線方向。走線結構6采用拖鏈實現現場走線美觀整潔的要求。電氣控制系統包括具有數據采集與運算功能的電路板，軟件仿真測試界面及PC機。力傳感器的反饋信號通過數據采集卡的A/D通過采集后輸入控制程序，通過運算功能的電路板的運算調整比例壓力閥的控制電壓，從而實現氣缸輸出力的恒定，同時采集的數據及力傳感器反饋信號可以在PC機LabVIEW編寫的軟件仿真測試界面中實時顯示，使得控制效果的顯示更加明顯。電氣控制系統與上述機械結構之間的連接如圖2所示。
[0016]本系統實現氣動力伺服系統力控制效果檢測的方法如下:
首先將模塊化氣動回路固定于移動機構3的某一位置，并且保持氣缸活塞桿方向與移動機構導軌方向的夾角不變。給氣動回路供氣，電氣系統上電，檢測該靜止狀態下氣缸輸出力的控制效果，此時氣缸活塞桿伸縮量不變。通過該靜止狀態下的測試，可以檢測氣動力伺服系統的控制精度。在此基礎上，進行控制系統的進一步測試，通過調節電機的速度，控制模塊化氣動回路沿移動機構導軌方向運動的快慢，實現氣缸活塞桿沿著給定作用曲面4被迫伸縮，測試氣缸活塞桿不同收縮量下系統力控制精度與響應時間，該過程保持氣缸活塞桿與移動方向夾角不變。更進一步的測試是改變活塞桿與移動方向的夾角，測試不同夾角情況下系統里控制效果和控制精度。
【主權項】
1.一種氣動力伺服系統的氣缸輸出力控制效果測試平臺，其特征在于，包括:機械結構和電氣控制系統； 所述機械結構主要由模塊化氣動回路、轉動與制動機構、移動機構、作用曲面結構、支撐結構、走線結構部分組成;模塊化氣動回路與轉動與制動機構之間固連，轉動與制動機構與移動機構通過滑塊上的進行固連;支撐結構由型材架搭建而成，模塊化氣動回路、轉動與制動機構與移動機構構成的組件通過T型螺釘固連在支撐結構上;作用曲面結構包括作用曲面、曲面支撐板等零件，作用曲面結構固定于支撐結構的側面，從而保證氣缸活塞桿沿著作用曲面的法線方向；走線結構采用拖鏈實現現場走線美觀整潔的要求； 所述電氣控制系統包括具有數據采集與運算功能的電路板，軟件仿真測試界面及PC機。2.力傳感器的反饋信號通過數據采集卡的A/D通過采集后輸入控制程序，通過運算功能的電路板的運算調整比例壓力閥的控制電壓，從而實現氣缸輸出力的恒定，同時采集的數據及力傳感器反饋信號可以在PC機LabVIEW編寫的軟件仿真測試界面中實時顯示。3.依據權利要求1所述的一種氣動力伺服系統力控制效果測試平臺，其特征在于，所述模塊化氣動回路與轉動與制動機構之間螺紋固連。4.依據權利要求1所述的一種氣動力伺服系統力控制效果測試平臺，其特征在于，所述轉動與制動機構與移動機構通過滑塊上的螺紋進行固連。5.依據權利要求1所述的一種氣動力伺服系統力控制效果測試平臺，其特征在于，所述支撐結構采用鋁型材;依據權利要求1所述的一種氣動力伺服系統力控制效果測試平臺的測試方法，其特征在于，包括如下步驟: 首先將模塊化氣動回路固定于移動機構的某一位置，并且保持氣缸活塞桿方向與移動機構導軌方向的夾角不變； 其次，給氣動回路供氣，電氣系統上電，檢測該靜止狀態下氣缸輸出力的控制效果，此時氣缸活塞桿伸縮量不變;通過該靜止狀態下的測試，可以檢測氣動力伺服系統的控制精度； 在此基礎上，進行控制系統的進一步測試，通過調節電機的速度，控制模塊化氣動回路沿移動機構導軌方向運動的快慢，實現氣缸活塞桿沿著給定作用曲面被迫伸縮，測試氣缸活塞桿不同收縮量下系統力控制精度與響應時間，該過程保持氣缸活塞桿與移動方向夾角不變。
【文檔編號】G05B23/02GK106094805SQ201610590620
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月26日 公開號201610590620.4, CN 106094805 A, CN 106094805A, CN 201610590620, CN-A-106094805, CN106094805 A, CN106094805A, CN201610590620, CN201610590620.4
【發明人】鄭佩, 王煒, 黃順舟, 王力, 梁世盛, 吳榮宗
【申請人】上海航天設備制造總廠