长气管气动马达的构成
众所周知, 产品的防爆性在化学工业、涂装工业、石油工业等可燃性、危险性场合是首先需要考虑的, 气动系统由于其防爆性、软特性等优点在上述场合得到广泛应用.然而绝大部分防爆产品的防爆等级均未做到本质安全防爆, 例如气动系统电空变换器的电信号的处理就没有达到相应的水平.
为了提高气动控制系统的防爆性能, 可以将电空变换器与气动执行元件之间用长气管相连, 由此消除电气信号给工作现场带来的潜在不安全因素.这样的处理方式如果从防爆观点来看应该是最理想的.但由于中间加了一个长管路环节,使得气动执行元件反应慢, 高精度控制困难;而且这个长管路环节造成的时间延迟还会使系统产生振荡.
图1 是长气管气动马达速度控制系统原理图.从气压发生装置出来的压缩空气从过滤器、
减压阀、电-空比例阀经长气管进入气动马达;由计算机发出的数字控制信号经转换器作用于
图1 控制原理图
比例阀, 对气动信号进行控制, 气动马达的输出轴与编码器直连, 计算机对编码器发出的脉冲信号进行运算, 由此构成闭环反馈回路.
该系统的配置:控制用计算机为PC-586 ;活塞式气动马达采用TAIYO 公司的TAM4-010 .015型, 其最大扭矩0 .637 N·m , 内部容积25 .47 cm3 , 使用压力范围0 ～0 .6MPa ;电-气比例流量阀采用SMC 公司的V EF2120 , 输入气压0 .1 MPa ;编码器为OMRON 公司的E6B-CWZ ;数据采集板为HY6220 , 变换部分为二进制八位, 独立2 路.
系统模型
为了对长气管气动马达速度控制系统的动特性进行分析, 需要将整个系统模型化.图2 是该气动系统的模型图.以下是各控制对象的数学模型:
活塞式气动马达的传递函数[ 2]
空气压管道传递函数在长管路条件下的近似模型[ 3] Gl(s):
电空比例阀的传递函数[ 4]
式中:K m 为气动马达模型的增益;ξm 为气动马达模型的阻尼系数;ωm 为气动马达模型的固有频率, rad/s ;K l 为长气管模型的增益;τ为长气管模型的延迟时间, s ;Tl 为长气管模型的时间常数, s ;K v 为电空比例阀模型的增益;ξv 为电空比例阀模型的阻尼系数;ωv 为电空比例阀模型的固有频率, rad/s .
