一种气动力伺服系统力控制效果测试平台及方法
【专利摘要】本发明专利涉及一种气动力伺服系统力控制效果测试平台，包括：机械结构及电气控制系统。机械结构包括模块化气动回路、转动制动机构、移动机构、作用曲面结构、支撑结构、走线结构，电气控制系统包括数据采集与处理电路、力传感器、PC机等。本发明涉及气动力伺服系统通过力传感器反馈信号构成闭环系统回路，加载于信号处理电路板中控制算法对偏差信号进行运算，计算结果用于调节气缸末端输出力。机械结构实现气缸沿一个方向的运动以及模块化气动机构与运动方向小角度的偏转。本发明具有集成度高，结构紧凑，性能可靠的优点，可以有效的检测气动力伺服系统的力控制效果。
【专利说明】
一种气动力伺服系统力控制效果测试平台及方法
技术领域
[0001]本发明专利属于气动控制中气缸输出力控制领域，涉及一种可以在不同的气缸伸缩量、气缸伸缩方向与移动方向任意夹角、以及考虑重力影响等诸多情况下气动力伺服系统力控效果测试平台。
【背景技术】
[0002]由于气动系统相较于传统的液压、电子、电气系统具有成本低、高出力/质量比、易维修以及结构简单、抗环境污染等优越性，目前气动伺服系统已经越来越多的应用于自动化领域，且主要是对气缸活塞杆的位置进行控制。但由于气体本身可压缩性大，刚度低，阻尼小的特性，以及气动系统控制阀阀口流动的非线性、气缸摩擦力等的影响，使得气动伺服系统具有严重的非线性，从而给气动伺服系统的较高精度的控制带来很大的困难。
[0003]为解决该难题，近年来针对气动系统控制策略的研究层出不穷-从简单的PID控制到神经网络PID、滑模控制、模糊控制等。同时，对于气动伺服系统控制效果的检测，众多高校实验室更多的选择在面包板盛固定气动元器件，从而对控制效果进行检测，没有更多的效率重力等对控制效果的影响，导致研究成果的工程化应用受到很大的限制。
【发明内容】
[0004]本发明专利设计一种气动力伺服系统力控制效果测试平台，解决了对于气缸力控制效果不能很好测试，以及力控制测试时因素考虑不周全的问题，大大提高了测试平台的通用性与实用性。
[0005]本发明设计开发的具有气动力伺服系统力控制效果检测功能的测试平台，包括:机械结构和电气控制系统。其中，包括:机械结构和电气控制系统;所述机械结构主要由模块化气动回路、转动与制动机构、移动机构、作用曲面结构、支撑结构、走线结构部分组成；模块化气动回路与转动与制动机构之间固连，转动与制动机构与移动机构通过滑块上的进行固连;支撑结构由型材架搭建而成，模块化气动回路、转动与制动机构与移动机构构成的组件通过T型螺钉固连在支撑结构上;作用曲面结构包括作用曲面、曲面支撑板等零件，作用曲面结构固定于支撑结构的侧面，从而保证气缸活塞杆沿着作用曲面的法线方向；走线结构采用拖链实现现场走线美观整洁的要求;所述电气控制系统包括具有数据采集与运算功能的电路板，软件仿真测试界面及PC机。力传感器的反馈信号通过数据采集卡的A/D通过采集后输入控制程序，通过运算功能的电路板的运算调整比例压力阀的控制电压，从而实现气缸输出力的恒定，同时采集的数据及力传感器反馈信号可以在PC机LabVIEW编写的软件仿真测试界面中实时显示。
[0006]进一步，所述模块化气动回路与转动与制动机构之间螺纹固连。
[0007]进一步，所述转动与制动机构与移动机构通过滑块上的螺纹进行固连。
[0008]进一步，所述支撑结构采用铝型材。
[0009]本发明的另一技术方案在于，提出了一种实现气动力伺服系统力控制效果检测的方法，步骤如下:
首先将模块化气动回路固定于移动机构的某一位置，并且保持气缸活塞杆方向与移动机构导轨方向的夹角不变。给气动回路供气，电气系统上电，检测该静止状态下气缸输出力的控制效果，此时气缸活塞杆伸缩量不变。通过该静止状态下的测试，可以检测气动力伺服系统的控制精度。在此基础上，进行控制系统的进一步测试，通过调节电机的速度，控制模块化气动回路沿移动机构导轨方向运动的快慢，实现气缸活塞杆沿着给定作用曲面被迫伸缩，测试气缸活塞杆不同收缩量下系统力控制精度与响应时间，该过程保持气缸活塞杆与移动方向夹角不变。更进一步的测试是改变活塞杆与移动方向的夹角，测试不同夹角情况下系统里控制效果和控制精度。
[0010]与现有技术相比，本发明的气动力伺服系统力控制效果测试平台及方法解决了对于气缸力控制效果不能很好测试，以及力控制测试时因素考虑不周全的问题，大大提高了测试平台的通用性与实用性。
[0011]
【附图说明】
[0012]图1为本发明气动力伺服系统力控制测试平台的主要硬件连接图；
图2为本发明气动力伺服系统力控制测试平台的软硬件连接图。
[0013]
【具体实施方式】
[0014]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0015]请参阅图1和图2，一种具有恒力控制功能的气动柔顺系统，包括:包括:机械结构和电气控制系统。其中，机械结构主要由模块化气动回路1、转动与制动机构2、移动机构3、作用曲面结构4、支撑结构5、走线结构6部分组成。模块化气动回路I与转动与制动机构2之间螺纹固连，转动与制动机构2与移动机构3通过滑块上的螺纹进行固连。支撑结构5由型材架搭建而成，模块化气动回路1、转动与制动机构2与移动机构3构成的组件通过T型螺钉固连在支撑结构5上。作用曲面结构4包括作用曲面、曲面支撑板等零件，作用曲面结构4固定于支撑结构5铝型材的侧面，从而保证气缸活塞杆沿着作用曲面的法线方向。走线结构6采用拖链实现现场走线美观整洁的要求。电气控制系统包括具有数据采集与运算功能的电路板，软件仿真测试界面及PC机。力传感器的反馈信号通过数据采集卡的A/D通过采集后输入控制程序，通过运算功能的电路板的运算调整比例压力阀的控制电压，从而实现气缸输出力的恒定，同时采集的数据及力传感器反馈信号可以在PC机LabVIEW编写的软件仿真测试界面中实时显示，使得控制效果的显示更加明显。电气控制系统与上述机械结构之间的连接如图2所示。
[0016]本系统实现气动力伺服系统力控制效果检测的方法如下:
首先将模块化气动回路固定于移动机构3的某一位置，并且保持气缸活塞杆方向与移动机构导轨方向的夹角不变。给气动回路供气，电气系统上电，检测该静止状态下气缸输出力的控制效果，此时气缸活塞杆伸缩量不变。通过该静止状态下的测试，可以检测气动力伺服系统的控制精度。在此基础上，进行控制系统的进一步测试，通过调节电机的速度，控制模块化气动回路沿移动机构导轨方向运动的快慢，实现气缸活塞杆沿着给定作用曲面4被迫伸缩，测试气缸活塞杆不同收缩量下系统力控制精度与响应时间，该过程保持气缸活塞杆与移动方向夹角不变。更进一步的测试是改变活塞杆与移动方向的夹角，测试不同夹角情况下系统里控制效果和控制精度。
【主权项】
1.一种气动力伺服系统的气缸输出力控制效果测试平台，其特征在于，包括:机械结构和电气控制系统； 所述机械结构主要由模块化气动回路、转动与制动机构、移动机构、作用曲面结构、支撑结构、走线结构部分组成;模块化气动回路与转动与制动机构之间固连，转动与制动机构与移动机构通过滑块上的进行固连;支撑结构由型材架搭建而成，模块化气动回路、转动与制动机构与移动机构构成的组件通过T型螺钉固连在支撑结构上;作用曲面结构包括作用曲面、曲面支撑板等零件，作用曲面结构固定于支撑结构的侧面，从而保证气缸活塞杆沿着作用曲面的法线方向；走线结构采用拖链实现现场走线美观整洁的要求； 所述电气控制系统包括具有数据采集与运算功能的电路板，软件仿真测试界面及PC机。2.力传感器的反馈信号通过数据采集卡的A/D通过采集后输入控制程序，通过运算功能的电路板的运算调整比例压力阀的控制电压，从而实现气缸输出力的恒定，同时采集的数据及力传感器反馈信号可以在PC机LabVIEW编写的软件仿真测试界面中实时显示。3.依据权利要求1所述的一种气动力伺服系统力控制效果测试平台，其特征在于，所述模块化气动回路与转动与制动机构之间螺纹固连。4.依据权利要求1所述的一种气动力伺服系统力控制效果测试平台，其特征在于，所述转动与制动机构与移动机构通过滑块上的螺纹进行固连。5.依据权利要求1所述的一种气动力伺服系统力控制效果测试平台，其特征在于，所述支撑结构采用铝型材;依据权利要求1所述的一种气动力伺服系统力控制效果测试平台的测试方法，其特征在于，包括如下步骤: 首先将模块化气动回路固定于移动机构的某一位置，并且保持气缸活塞杆方向与移动机构导轨方向的夹角不变； 其次，给气动回路供气，电气系统上电，检测该静止状态下气缸输出力的控制效果，此时气缸活塞杆伸缩量不变;通过该静止状态下的测试，可以检测气动力伺服系统的控制精度； 在此基础上，进行控制系统的进一步测试，通过调节电机的速度，控制模块化气动回路沿移动机构导轨方向运动的快慢，实现气缸活塞杆沿着给定作用曲面被迫伸缩，测试气缸活塞杆不同收缩量下系统力控制精度与响应时间，该过程保持气缸活塞杆与移动方向夹角不变。
【文档编号】G05B23/02GK106094805SQ201610590620
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月26日 公开号201610590620.4, CN 106094805 A, CN 106094805A, CN 201610590620, CN-A-106094805, CN106094805 A, CN106094805A, CN201610590620, CN201610590620.4
【发明人】郑佩, 王炜, 黄顺舟, 王力, 梁世盛, 吴荣宗
【申请人】上海航天设备制造总厂