[发明专利]基于对称气缸的动态负压伺服控制系统与方法

权利要求书

1.一种基于对称气缸的动态负压伺服控制系统，其特征在于，包括机电传动模块、气动模块、控制模块以及数据采集模块，其中，

所述机电传动模块包括伺服电机和磨制滚珠丝杆，伺服电机经驱动后通过磨制滚珠丝杆将运动传递到对称负压气缸，

所述气动模块包括对称负压气缸、截止阀I、截止阀II、伺服阀、正压源以及负压源，所述气动模块的执行元件为双出杆形式的对称负压气缸，气缸运动部件采用的是电机直驱方式，通过磨制滚珠丝杆实现和伺服电机直连，在初始工作压力控制模式下，气缸两腔保持连通，具体的，负压气缸的被控腔通过截止阀I连通伺服阀，负压气缸的非被控腔通过截止阀II连通伺服阀，伺服阀同时连通正压源和负压源，

所述数据采集模块包括位移传感器、压力传感器以及多通道的数据采集卡，数据采集卡连接位移传感器和压力传感器以采集位移和压力信号，数据采集卡将采集到的压力和位移信号传输给控制模块，

所述控制模块包括位移控制器、压力开环控制器I和压力开环控制器II，控制模块设置有初始工作压力控制模式与指令压力信号控制模式，

工作时，当系统处于初始工作压力控制模式时，伺服电机停转，截止阀I、截止阀II打开，所述负压气缸通过伺服阀和正、负压源相连，所述负压气缸与所述控制模块之间连接数据采集模块中的压力传感器，系统输入为初始工作压力，选用压力开环控制器I，通过改变所述伺服阀的输入电压信号来调节所述负压气缸被控腔的气体压力并使两腔压力一致；

当系统处于指令压力信号控制模式时，伺服电机处于工作状态，截止阀I、截止阀II均关闭，负压气缸与正、负压源断开，系统输入为指令压力信号，位移传感器和压力传感器工作，系统输入为指令压力信号，选用压力开环控制器II和位移控制器，通过伺服电机驱动所述负压气缸运动部件做往复运动，改变所述负压气缸被控腔的容积，从而实现压力调节。

2.如权利要求1所述的基于对称气缸的动态负压伺服控制系统，其特征在于，所述位移传感器为高精度位移传感器，线性度为全量程的万分之五。

3.如权利要求1所述的基于对称气缸的动态负压伺服控制系统，其特征在于，所述压力传感器为高精度压力传感器，线性度为全量程的万分之五。

4.一种基于对称气缸的动态负压伺服控制方法，其特征在于，所述方法由权利要求1-3任意一项所述的基于对称气缸的动态负压伺服控制系统执行，

首先，给负压气缸的被控腔和非被控腔相同的初始压力，具体包括步骤S1至步骤S4，

S1：打开截止阀I、截止阀II，通过伺服阀连通正、负压源，

S2：压力传感器获取负压气缸被控腔的实时压力信号，并将上述实时压力信号与指令压力信号进行比较并计算差值；

S3：将差值输入给压力开环控制器I，根据该差值压力开环控制器I得到压力控制信号，差值达到设定值，负压气缸的被控腔和非被控腔压力响应满足要求；

S4：关闭截止阀I、截止阀II；

接着，实现控制负压气缸被控腔的压力相应满足设定要求，具体包括如下步骤：

S5：压力传感器获取负压气缸被控腔的实时压力信号，并将上述实时压力信号与指令压力信号进行比较并计算差值；

S6：压力开环控制器II根据上述计算差值得到压力控制信号，根据该压力控制信号形成指令位移信号；

S7：所述位移传感器获取负压气缸运动部件的实时位移信号，并将上述实时位移信号与指令位移信号进行比较并计算差值；

S8：位移控制器根据上述计算差值得到位置控制信号，将该位置控制信号输出给伺服电机，形成伺服电机控制信号，实现负压气缸运动部件的控制。

5.如权利要求4所述的基于对称气缸的动态负压伺服控制方法，其特征在于，步骤S5之前，位置闭环输入阶跃信号作为指令位移信号，预置位移控制器，重复步骤S6-S8，直到实时位移信号满足要求。

6.如权利要求5所述的基于对称气缸的动态负压伺服控制方法，其特征在于，步骤S1-S3为初始压力信号控制模式，其中，步骤S3中压力控制信号作为伺服阀控制信号，若压力控制信号大于0，伺服阀处于保证负压气缸和负压源连通的工作位，若压力信号小于0，伺服阀处于保证负压气缸和正压源连通的工作位。