气动伺服定位系统理论研究和应用.pdf

学兔兔 第5期 (总第156期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．5 2009年10月 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUT0MAT10N Oct． 文章编号：1672—6413(2009)05—0136-03 气动伺服定位系统的理论研究和应用 张 萌，雷维新 (中国地质大学 机电学院，湖北 武汉 430074) 摘要：介绍以智能控制器SPC一200为核心的两轴气动伺服定位系统的组成和功能，并通过实例说明其在包装 工业输送和分拣材料中的应用。 关键词：气动伺服定位；sPc一200；控制系统；比例阀 中图分类号：TM921．54 1 文献标识码：A 0 引言 位五通比例流量方向阀，该阀具有结构简单、价格低 气动伺服系统是由电气信号处理部分和气动功率 廉、工作可靠等优点，采用电反馈方式和动铁式双向 输出部分所组成的闭环控制系统。与液压伺服系统相 电磁铁，而且由于特殊设计，其动态特性远高于一般 比，气动伺服控制系统具有体积小、重量轻、抗环境 的动圈式伺服阀，具有优良的动态和静态性能，完全 污染等特点。在食品加工、制药、包装工业中，气动 能够满足伺服定位系统的性能要求。 系统可非常方便地实现多点定位和调速，能够快速准 MPYE阀的控制电压与输出流量特性曲线见图 确地搬运物体，生产效率高，因此气动伺服系统特别 3 L3] 。 当控制电压小于5 V时，输出流量随电压的升高 是气动伺服定位系统得到越来越广泛的应用。 而减小；当控制电压大于5 V时，阀换向，输出流量随 1 气动伺服定位系统 电压的升高而增大。 一 个气动伺服定位系统主要由气动伺服阀、气动 执行元件、位移传感器、控制器等4部分组成口]。 位移传感器 图1为气动伺服定位系统组成原理图，它由气动 伺服阀、驱动装置无杆气缸、位移传感器和伺服定位 控制器4部分组成。图1为单轴伺服定位系统，在实 际应用中，多为双轴或三轴定位系统。本文所采用的 为双轴气动伺服定位系统，该系统的执行元件由2个 无杆气缸和1个气爪组成，2个无杆气缸分别由2个 三位五通比例阀控制，以实现X轴和y轴的运动，气 爪由二位五通阀控制开合动作，系统结构见图2。该系 统可实现任意点的定位和调速，定位精度可达 ±0．2 mm。 图1 气动伺服定位系统组成原理图 1．1 气动伺服阀 1．2 伺服定位控制器SPC一200 气动比例／伺服阀是气动伺服定位系统的关键部 图4为闭环控制系统原理框图。其设定位置是在 件，其功能是控制器输出的信号按比例地控制气流的 闭环控制系统的初始，当前滑块的位置是实际位置，由 压力、流量和方向等，同时具有压力补偿性能，使其 偏差控制计算器计算设定位置与实际位置的差值；操 输出压力、流量等不受负载变化的影响 ]。 作变量根据差值由控制器控制元件计算得到；控制器 本系统中采用的是FESTO公司的MPYE型三 将产生的控制信号输出给气动伺服阀，伺服阀根据控