【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气动位置伺服控制领域，更具体地，涉及一种高压电-气位置伺服系统及控制方法。
技术介绍
1、气动位置伺服系统以压缩空气作为工作介质，具有清洁无污染、响应速度快、功率-质量比大等优点而广泛应用在自动化工业、医疗器械、能源化工、航空航天、国防军事等领域。
2、现有的气动位置伺服系在高压下系统稳定性差，控制难度高，且现有气动位置伺服系统气路简单，存在泄漏量大，能量利用率低以及控制精度不高的问题。并且，高压电-气位置伺服系统是一个强非线性与强不确定性的系统，现有的直接自适应控制方法设计控制器的控制信号时，自适应律中的关键参数由系统的状态误差驱动，当状态误差较小时(也即气缸和指令的位置比较接近时)，关键参数对应也较小，难以精确的估计系统的不确定参数，进而难以实现系统的高精度控制；其中，高压电-气位置伺服系统中的“高压”是指气源压力超过1mpa，一般是指气源压力在1～40mpa之间。同时，在对状态方程中的扰动进行估计时，现有的方法一般通过测量的方式得到速度，而在速度测量的过程中，通常会引入测量噪声，测量噪声对影响对未知扰动估计的准确性，进一步影响控制器的控制精度。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种高压电-气位置伺服系统及控制方法，其目的在于提升高压电-气位置伺服系统的控制精度。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种高压电-气位置伺服系统，包括：高压电-气伺服阀、第一电磁开关阀、第二电磁开关阀、第三电磁开
3、所述第一电磁开关阀与所述高压电-气伺服阀连接，所述第一电磁开关阀还与气源连接；所述高压电-气伺服阀的一个工作口通过所述第二电磁开关阀与所述双杆双作用气缸的一个腔连接，所述高压电-气伺服阀的另一个工作口通过所述第三电磁开关阀与所述双杆双作用气缸的另一个腔连接；
4、所述双杆双作用气缸活塞杆的一端用于与负载连接，另一端与所述位置传感器抵接。
5、进一步地，还包括：分别对应设置在所述双杆双作用气缸两腔上的第一阻尼孔和第二阻尼孔；其中，所述第一阻尼孔和所述第二阻尼孔的通径r1小于所述高压电-气伺服阀的通径r2，且r1与r2之间的差值大于设定的阈值；
6、所述第一电磁开关阀分别通过所述第一阻尼孔和所述第二阻尼孔与所述双杆双作用气缸两腔对应连接。
7、进一步地，还包括：第一止回阀和第二止回阀；
8、所述第一止回阀设置在所述第一电磁开关阀与所述第一阻尼孔之间；所述第二止回阀设置在所述第一电磁开关阀与所述第二阻尼孔之间。
9、进一步地，所述高压电-气伺服阀是由音圈电机直接驱动的单级滑阀式伺服阀，阀芯位置采用闭环控制。
10、按照本专利技术的第二方面，提供了一种如第一方面任意一项所述的高压电-气位置伺服系统的控制方法，包括：
11、s1、打开第一电磁开关阀、第二电磁开关阀及第三电磁开关阀，并获取双杆双作用气缸活塞杆的位置信号x1以及负载的位置指令x1d；
12、s2、将所述位置信号x1与所述负载的位置指令x1d比较后，得到双杆双作用气缸活塞杆的跟踪误差z1；
13、s3、用构建的不带速度反馈的状态观测器对系统外部扰动xe进行估计，并利用估计的外部扰动及所述跟踪误差z1计算高压电-气伺服阀阀芯的位置控制信号u；所述状态观测器为：
14、
15、
16、
17、其中，x＝[x1,x2,x3]t为所述状态观测器的状态；表示参数a对时间的导数，表示参数a的估计值，m是活塞杆和负载的质量，p1和p2分为双杆双作用气缸两腔的气压力，aa为活塞的面积，为摩擦力方向的函数，θ1和θ2分别用于表征粘性阻尼系数和库伦摩擦系数，ω0＞0是所述状态观测器的带宽，为观测误差，
18、s4、用所述位置控制信号u控制高压电-气伺服阀阀芯的位置，进而对负载位置进行控制。
19、进一步地，s3中，还包括：对参数θ1和θ2进行估计，对参数θ1和θ2进行估计的自适应率为：
20、
21、
22、其中，取或i取1或2，θmax＝[θ1max,θ2max]t为参数θ1和θ2的上界，θmin＝[θ1min,θ2min]t为参数θ1和θ2的下界；γ为自适应率的增益；τ为关键参数，表达式为：
23、τ＝ψ2γ2
24、
25、
26、进一步地，s3中，利用估计的外部扰动及所述跟踪误差z1计算得到的高压电-气伺服阀阀芯的位置控制信号u为：
27、
28、
29、
30、其中，k是空气绝热指数，r是理想气体常数，t1和t2分别是两腔的温度，v1和v2分别是两腔的初始体积，c1和c2为两腔对应的系数，us为鲁棒抑制项；α2为状态变量x3的虚拟控制律，公式为：
31、
32、式中，α1为状态变量x2的虚拟控制律，表示负载的位置指令x1d的二次导数，k2为预设的控制参数。
33、进一步地，当所述系统还包括分别对应设置在所述双杆双作用气缸两腔上的第一阻尼孔和第二阻尼孔时，s1之前，还包括：
34、控制打开第一电磁开关阀，关闭第二电磁开关阀、第三电磁开关阀；
35、气源通过第一电磁开关阀、第一阻尼孔及第二阻尼孔给双杆双作用气缸的两腔分别进行预充气，以调节两腔的初始压力。
36、进一步地，当所述系统还包括第一止回阀和第二止回阀时，s4之后，还包括：
37、控制高压电-气伺服阀通过双杆双作用气缸的两腔充放气使负载位置保持稳定；
38、关闭第一电磁开关阀、第二电磁开关阀及第三电磁开关阀，以锁定负载位置。
39、按照本专利技术的第三方面，提供了一种智能控制器，包括计算机可读存储介质和处理器；
40、所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
41、所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令执行第二方面任一项所述的控制方法。
42、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
43、(1)本专利技术的高压电-气位置伺服系统，通过高压电-气伺服阀及三个电磁开关阀构建的气动位置伺服系统，采用高压电-气伺服阀作为系统的伺服放大元件，精确控制进入气缸两腔的空气流量和控制速度，采用电磁开关阀控制气路的通断，能够提升系统的相应速度和控制精度。
44、(2)进一步地，在系统运动之前，采用阻尼孔分别对双杆双作用气缸的两腔进行预充气，增加了高压电-气位置伺服系统的刚度，以提高系统控制的稳定性；同时，两个阻尼孔的通径与高压电-气伺服阀的通径之间的差值大于设定的阈值，可以减小控制时阻尼孔对两腔压力的影响。
45、(3)进一步地，为了避免阻尼孔使得双杆双作用气缸两腔连通，在阻尼孔前设置有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高压电-气位置伺服系统，其特征在于，包括：高压电-气伺服阀(4)、第一电磁开关阀(2)、第二电磁开关阀(6)、第三电磁开关阀(7)、双杆双作用气缸(10)及位置传感器(11)；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：分别对应设置在所述双杆双作用气缸(10)两腔上的第一阻尼孔(8)和第二阻尼孔(9)；其中，所述第一阻尼孔(8)和所述第二阻尼孔(9)的通径r1小于所述高压电-气伺服阀(4)的通径r2，且r1与r2之间的差值大于设定的阈值；
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：第一止回阀(3)和第二止回阀(5)；
4.根据权利要求1-3任意一项所述的系统，其特征在于，所述高压电-气伺服阀(4)是由音圈电机直接驱动的单级滑阀式伺服阀，阀芯位置采用闭环控制。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的高压电-气位置伺服系统的控制方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，S3中，还包括：对参数θ1和θ2进行估计，对参数θ1和θ2进行估计的自适应率为：
7.根据权
8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当所述系统还包括分别对应设置在所述双杆双作用气缸(10)两腔上的第一阻尼孔(8)和第二阻尼孔(9)时，S1之前，还包括：
9.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当所述系统还包括第一止回阀(3)和第二止回阀(5)时，S4之后，还包括：
10.一种智能控制器，其特征在于，包括计算机可读存储介质和处理器；
...【技术特征摘要】
1.一种高压电-气位置伺服系统，其特征在于，包括：高压电-气伺服阀(4)、第一电磁开关阀(2)、第二电磁开关阀(6)、第三电磁开关阀(7)、双杆双作用气缸(10)及位置传感器(11)；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：分别对应设置在所述双杆双作用气缸(10)两腔上的第一阻尼孔(8)和第二阻尼孔(9)；其中，所述第一阻尼孔(8)和所述第二阻尼孔(9)的通径r1小于所述高压电-气伺服阀(4)的通径r2，且r1与r2之间的差值大于设定的阈值；
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：第一止回阀(3)和第二止回阀(5)；
4.根据权利要求1-3任意一项所述的系统，其特征在于，所述高压电-气伺服阀(4)是由音圈电机直接驱动的单级滑阀式伺服阀，阀芯位置采用闭环控制。
5.一种如权利要求1-4...
【专利技术属性】
技术研发人员：高隆隆，李宝仁，赵祉昕，杨钢，张建星，储景瑞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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