PAGEPAGE96电-气比例/伺服技术P第八章气动比例/伺服系统8.1电-气比例/伺服控制8.1.1.概述气动系统在自动化设备中的基本功能是按预定的设计要求，输出驱动或控制物理量。常见的气动系统输出驱动物理量，为直线气缸(摆动马达)的位置(摆角)、运动速度、作用力等。常见的气动系统的输出控制物理量，为气体的压力或流量。这些输出量可分为断续式和连续式两大类。电-气比例/伺服控制技术，旨在实现连续式的驱动和控制输出。利用电-气比例/伺服控制技术实现的连续式驱动或控制系统，其输出的驱动物理量，可以在设备的运行中根据设定量和当前量不断地进行调整，从而达到无级、连续可控目的。比较早期的气动比例/伺服系统，大都采用机械控制方式（参考图4.4-21）。例如，将最终输出量转换为机械弹簧位移或气压信号，然后反馈至无级调节气阀，从而实现对输出量的连续控制。随着现代电子工业的迅速发展，曾经比较广泛应用的纯气动、纯机械控制系统逐渐减少。而由数字电路、模拟电路实现控制，由气动执行元件输出驱动物理量的电－气一体化设备占有更大的优势，被越来越广泛地采用。因此，从这一意义上说，本章介绍的气动比例/伺服控制技术，更多的是电-气比例/伺服控制技术。电-气比例/伺服控制系统出现的技术背景，一方面，自动化的覆盖面越来越广，从原先只应用于简单、重复的工艺过程扩大到复杂的工艺过程。另一方面，对自动化机器在性能和功能上都提出了越来越高的要求：机器的节拍时间更短，运动精度更高；要求能与计算机直接联接，从而更快和更准确地进行生产管理；并且由于产品的多样化使柔性生产设备得到越来越广泛的应用，这类设备要求能非常快捷地对之进行重新编程，以实现同一机器对不同种类或尺寸的工件进行加工，从而大幅度降低设备投资，并实现小批量产品的生产自动化。采用气动比例/伺服控制系统，可以十分方便地实现设备的实时、多级和无级调节，降低设备生产节拍，提高设备寿命，实现柔性生产。8.1.2电-气比例/伺服控制系统的基本组成图4.8-1表示了一个典型的气动比例/伺服控制系统的基本组成。由图可知，气动比例/伺服控制系统或电气比例/伺服控制系统主要由四部分组成，它们分别是：控制阀（比例控制阀）、气动执行元件、传感器、控制器（比例控制器）。1．比例控制阀接受控制器发出的控制信号，并产生相应的气体流量或压力。因此，它的功能形式与控制器紧密相关。随着现代电子技术的飞速发展，电子模拟、数字器件的性能不断改善，价格上不断降低，目前在实际应用的绝大部分设备中都采用电控制器。因此，比例控制阀的输入信号，大多为电压或电流信号。控制气阀的核心功能，便是将输入的电信号按一定的规律转换为气压或流量驱动量。可见，控制气阀在电-气比例/伺服控制系统中起了电-气接口作用。图4.8-1.典型的气动比例/伺服控制系统的基本组成2．气动执行元件在比例控制阀输出的流量或压力作用下，产生运动速度或作用力。最常用的气动执行元件是气缸，也可以是摆动马达。3．传感器用于闭环式气动比例/伺服控制系统中，这时控制器需要不断地监测执行元件的运动状态，据此计算其输出控制量。因此，传感器的检测量往往是电-气比例/伺服控制系统的最终控制量。由传感器输给控制器的电信号，又称为反馈信号。4．比例控制器通常具备两方面功能，首先是实现闭环控制，即根据传感器测量信号和设定信号，按一定的控制规律计算并产生与控制气阀匹配的控制信号；其次是实现机器的工作顺序控制，产生系统输出量的设定值。控制器的实现方式有模拟式和数字式两种。8.1.3电-气比例/伺服控制系统的基本原理电-气比例/伺服控制系统的实现原理、控制方法可以有许多种。从系统控制方式上，可分为开环控制和闭环控制两类；从控制气阀功能上，可分为开关式和连续式两类；从系统的最终输出量的物理形式，可分为压力控制系统、力控制系统、定位系统、速度控制系统等等。1．开环控制系统不需要测量最终输出量的传感器。这时，控制器与气动执行元件间的信号流程是单向的，即控制器输出设定控制信号(电)，经控制气阀转换为气压或流量驱动信号，最后经气动执行元件产生输出功率。而气动执行元件的最终输出状态，反馈到控制器，因此，控制器输出的控制设定信号，不受执行元件的当前状态影响。开环控制系统的优点是，系统组成简单，不存在控制稳定性问题；其缺点是控制精度低。2．闭环控制系统全部包含上述的四个部分，信号流程是：控制器输出控制信号(电)，通过控制气阀输出气驱动信号(气)，并作用于气动执行元件输出功率(机械运动)。执行元件的当前状态，又通过传感器转换为电信号反馈到控制器，从而完成闭环控制回路。.在以上的闭环回路中，控制器通过传感器输出的反馈信号，产生相应的控制信号，不断地纠正气动执行元件输出状