氣動系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、以空氣為介質(zhì)，不污染環(huán)境等特點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但由于空氣介質(zhì)的壓縮性大、精度小，因此氣動技術(shù)難以獲得高速響應(yīng)及高精度的位置控制，因此迫切需要尋求一種廉價的反應(yīng)快又位置準(zhǔn)確的氣動位置控制系統(tǒng)，適應(yīng)各領(lǐng)域發(fā)展的要求。本文對“PCM”控制技術(shù)進(jìn)行了研究。
2“PCM”控制原理
控制回路由開關(guān)閥U0、U1、U2組成“PCM”控制閥組，依靠控制三個開關(guān)閥的開關(guān)組合來控制流量。節(jié)流閥開口面積a0、a1、a2為a0:a1:a2=1:2:4,當(dāng)三個閥按不同組合開啟時，可統(tǒng)計8種不同流量。計算機(jī)根據(jù)控制量的設(shè)定值和檢測的控制實(shí)時值相比較，依據(jù)設(shè)定的控制規(guī)律，計算輸出一組二進(jìn)制編碼控制“PCM”閥組的開啟，得到不同的綜合面積，從而改變了控制閥的流量，使氣缸能準(zhǔn)確地運(yùn)動至目標(biāo)位置。
“PCM”控制可采用開關(guān)時間較長的低性能閥，代替電-氣比例/伺服控制中昂貴的比例閥或伺服閥，以及“PCM”控制中的高速開關(guān)閥。
氣缸1的活塞推動慣性負(fù)載2,活塞的位移由位移傳感器3檢測，本系統(tǒng)的位移傳感器為線性光柵傳感器，柵距為0.04mm(25對線/mm),精度為±0.01mm,輸出信號是相位差為90°的兩路方波信號，無需A/D轉(zhuǎn)換，可直接輸入計算機(jī)4。計算機(jī)根據(jù)指令位移信號ya和實(shí)際信號Y進(jìn)行判斷和運(yùn)算，發(fā)出輸出信號，經(jīng)輸出接口板及功率放大器，控制U0～U4的開閉。其中U0、U1、U2構(gòu)成PCM閥組，閥的節(jié)流口有效面積成等比級數(shù)，分別調(diào)整為0.110165mm2、0.220329mm2、0.440658mm2。對應(yīng)于000至于111共8個二進(jìn)制控制碼，可以組合成8個不同節(jié)流面積、從而形成8級活塞及活塞速度。
氣動系統(tǒng)采用排氣節(jié)流進(jìn)行控制，在氣缸排氣端設(shè)置了背壓PS3,以保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠、運(yùn)動平穩(wěn)。
3計算機(jī)系統(tǒng)
本系統(tǒng)采用IBMPC/AT機(jī)作為控制器的核心，由IBMPC/AT微型計算機(jī)、I/O接口、SGC-2型數(shù)顯光柵尺、閥門驅(qū)動電路，電磁閥和氣缸組成。系統(tǒng)采用8255并行口輸出，通過固態(tài)繼電器或直流功率放大驅(qū)動交流和直流電磁閥。由電磁閥開關(guān)控制氣缸氣體流量，即控制氣缸活塞移動的流量。由光柵傳感器反饋檢測移動量，通過8255并行口輸入PC微機(jī).在PC機(jī)進(jìn)行偏差計算，按PID算法調(diào)節(jié)。
4PID調(diào)節(jié)
本系統(tǒng)控制程序采用PID-PD算法。在偏差絕對值大于△e時，用PD算法，以改善動態(tài)品質(zhì)。當(dāng)偏差絕對值小于△e時，用PID算法，提高穩(wěn)定精度。
4.1PID算法
PID校正的控制量為：
離散算法可以表示為：
式中，e:位置給定值與測量值的偏差量；en:第n次采樣的偏差量；en-1:第n-1次采樣的偏差量；T:采樣周期；TI:積分時間；TD:微分時間；Kp:比例系數(shù)。根據(jù)推理寫出（n-1）PID輸出表達(dá)式為：
可得：
程序中的實(shí)際算法為：
Pn=Aen+Qn-1
Qn=Pn-Ben+Cen-1 式中：
初值可以取Qn-1=0,en-1=0、算法程序每一步要計算enPn和Qn,其中Qn用于下一步計算Pn。  
初值可以取Rn-1=0,算法程序每步計算en、Pn和Rn,其中Rn用于下一步計算Pn。
4.2PID算法程序
采用擴(kuò)充臨界比例算法，整定T、Kp、TI和TD值。為了提高穩(wěn)定精度，控制系統(tǒng)設(shè)置了一個位置控制的門限值△e。計算機(jī)對數(shù)據(jù)處理后得到的位置誤差e進(jìn)行判斷，若|e|>△e,實(shí)行PD控制，改善控制的動態(tài)特性。當(dāng)|e|<△e時，實(shí)行PID控制，保證控制精度。