李凌峰

（东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆，163318）

气动控制技术展望

李凌峰

（东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆，163318）

本文主要叙述了气动位置控制技术的发展现状,并在此基础上分析了现阶段气动位置控制的主要方法、控制策略以及现有的研究成果,并对气动位置控制发展趋势作了展望。

气动;控制

近些年以来,气动系统由于它的污染程度较小、生产成本较低、对生产环境的适应性也较高,再加上气动相关科学技术与电子计算机技术的高效结合，进一步降低了其生产成本,因此这一技术在自动化相关领域实现了较为广泛的使用。气动位置控制系统作为这一技术的前沿领域，也得到了极大程度的发展,并且业已在工业自动化技术当中处于非常重要的地位。

1 流体的脉冲控制技术概述

流体的脉冲调制及控制技术主要是采用和位移信号能够相对应的脉冲信号，直接使阀循环进行通、断的运动,使之能够形成间断性的脉冲流体,最终实现控制平均流量输出的效果。在实际生产当中使用最为广泛的是脉宽调制(PWM)以及脉冲调制(PCM) 这两种方法。

脉宽调制即为调整脉冲其高电平的宽度,也就是阀的运行时间从而达到控制平均流量的目的。此类系统最大的优点在于系统的工艺较为简单,使用性能可靠,对各类污染的抵抗能力较强；其缺点主要为系统的噪因较大以及系统上各类阀门的使用寿命过短等。在这一系统进行工作的过程中,各类阀门进行开关时间对整个系统作出正确响应速度的影响十分明显,如果想使系统作出快速响应,就必须使用性能较高的各类开关阀门, 因此研究人员提出了脉码调制技术。

脉码调制技术能够使用价格较为低廉的通用阀就可以完成高效的控制。我国对这一技术进行了较为深入的研究，并取得了一定的成果。这一技术的主要缺点主要其能够达到的精度主要由阀的最小开口面积所决定,所以需要其尽量较小,该类系统所能达到的调速上、下限主要由阀的最大流量所决定,而其又是由阀的数量所决定的。因为受到计算机位数以及系统成本等因素的限制,系统上阀的数量不宜过多。因此如果阀的总体数量不变,就会出现系统其能够达到的控制精度和调速范围之间,稳定工作和快速工作之间产生矛盾。为了解决这一问题，研究人员又提出了广义脉码调制的方法(GPCM)。

GPCM 技术的主要原理即为在合理降低阀的最小开口面积的基础上,有把所有开关阀门的有效开口面积采用一定的编码方法进行排列标定,用来提升最大开口面积,最终达到提高阀门流量的目的。经过实验能够发现,如果使用GPCM技术能够较为有效的增加整个系统的动态响应能力,并且能够使用普通开关阀来进行工作,因此即减小了系统的成本犹如,又能够增加整个系统的可靠性。

2 比例伺服阀控制技术研究

气动比例伺服系统是一个能够实现连续稳定控制的系统,其所使用的控制阀是比例阀或者伺服阀。其中，比例阀主要分为压力比例阀以及流量比例阀两大类。伺服控制阀在一般情况下也可以将其称之为比例方向控制阀。在实际的使用时一般并不需要进行严格的区分,而是把这两类统称比例伺服阀；而把比例阀以及伺服阀所组成的系统统称是气动伺服系统。气动比例/伺服控制系统其所能达到的输出量是随着输入量从而按照一定的比例，最后形成连续性变化系统,并以电流用来控制其阀门的开启的幅度，从而达到控制流量的效果。这一系统能够实现压力以及流量在出现连续性变化时进行较高精度的控制。

气动比例/伺服控制系统其主要的优势在于系统运行的速率高、能够输出的功率较大、系统整体的寿命也较长,因此在工业自动化领域的当中拥有强大的竞争力。通过使用伺服控制系统不但能够将驱动系统的动作时间减少20%,而且可以相当程度的减小驱动系统于制动以及气动过程中所产生的振动,进而提升了产品质量,并减小了设备的生产损耗。但是如果气动伺服系统的精度提高,那么相应的对传感器以及组成反馈控制回路的电子元器件要求也会提高。所以气动比例/伺服系统能够健康发展的关键性问题主要即为与之相应的传感器以及高性能电子元件是否可以得到广泛的使用,这主要取决于其制造的成本以及性能是否安全可靠。总体来说,以上两种控制方法各有其优势及缺点。运用流体脉冲进行调制控制的方法主要用开关阀门作为主要的控制元件,和计算机连接简易,其成本也较为低廉,但是这一系统存在生产噪音较大以及设备寿命短等问题,导致近些年来发展一直不快,仍然处于实验研究时期,如果可以解决以上问题,其应用前景光明。在比例伺服阀控制系统当中,比例阀以及伺服阀的主要特点类似,即信号的频宽较高、而且系统做出响应的速度也较快,但伺服阀需要的成本较昂贵,因此在并没有获得广泛的应用；比例阀由于其造价相对较为低廉,因此发展很快,大量的公司都研发了各类商业类型的气动比例阀,并获得了较为广泛的使用。所以,该类技术将成为气动位置控制系统以后得发展关键。

3 相关技术的展望

气动位置控制近些年来的发展十分迅速,在自动控制专业中表现出了极大的发展潜力。提升这一系统的控制精确程度以及使用可靠性是该领域目前及今后发展的关键。现阶段,仅应用线性控制的技术方法已经难以精确控制高度非线性的复杂系统。所以,随着控制阀应用在技术以及性能上不断进行改进,在控制过程中可根据系统的动态特征和行为合理地选择控制阀,同时采取“灵活机动”的有效控制策略,将在很大程度上改善气动位置控制系统的性能。总之,气动位置控制系统的研究虽然取得了很多成果,但随着工业自动化的发展,对系统的性能还需进一步改善,以满足实际的工业应用日益增长的需要。因此,对气动位置控制系统的研究和学习是一项艰巨而重要的任务。

[1] 史维祥.流体控制发展的一些动向.液压气动与密封, 2001(2)

[2] 宁舒 .气动位移系统的计算机“PCM”控制初探.液压与气动,1991(1).

[3] 刘荣, 王宣银 .广义脉码调制液压位置控制系统的建模与仿真研究.中国机械工程, 2001(4).

[4] 范萌,彭光正 .单出杆低摩擦气缸位置伺服控制系统的分析与研究.机床与液压, 2003(2).

李凌峰，男，1992年9月3日，东北石油大学机械科学与工程学院在读本科生

Pneumatic control technology is predicted

Li Lingfeng
(College of Mechanical Science and Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing,163318,China)

Briefly describes the development of pneumatic position control technology,analyzes the basic method of pneumatic position control,control strategy and the existing research results,and the development trend of pneumatic position control is discussed.

pneumatic；control

系统结构示意图