CN103472761B - 气动力加载闭环控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气动力加载闭环控制装置及方法，包括：控制器在每一循环中向比例伺服阀输出电流值，比例伺服阀根据当前循环中输入的电流值调节向气缸输出的气压，气缸根据当前循环中输入的气压向待测试部件输出推力及进行气缸复位或停止，力传感器监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值；控制器从力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，根据当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值和一预设时间确定下一循环中向比例伺服阀输出电流值。本发明能够实现控制器根据力传感器输出值直接对比例伺服阀的闭环控制，随着循环次数的增加，气缸的推力输出稳定在要求的范围内。

Description

气动力加载闭环控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种气动力加载闭环控制装置及方法。

背景技术

与液压及电机控制相比，气动控制具有成本低，控制操作方便，无污染，方便移动等特点，大范围应用于汽车车身零部件寿命试验中。但是，由于气体的可压缩性及波动的特点，导致气动控制没有液压及电机控制精确。随着汽车工业的发展，零部件试验对力的控制精度要求越来越严格，如果力的控制精度达不到要求，那么就不能满足试验标准要求，零部件受力状态与用户的实际操作习惯不符，试验结果也必定不能如实客观地反应实际情况。

一般现有的开环控制系统用手动通过调节气压，或改变控制的初始值，来对力输出进行调整，没有自动调整功能，当气压波动时，或试件状态发生改变时，力的输出也会发生改变，不稳定。因此，目前亟需一种能够精确控制力的输出的气动力加载闭环控制装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气动力加载闭环控制装置及方法，能够精确控制力的输出。

为解决上述问题，本发明提供一种气动力加载闭环控制装置，包括：

贮气罐，用于存储气源；

与贮气罐连接的气源处理装置，用于清洁气源中的杂质；

控制器，用于在每一循环中向比例伺服阀输出电流值后，从一力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，根据当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值和一预设时间确定下一循环中向比例伺服阀输出电流值；

分别与所述气源处理装置和控制器连接的比例伺服阀，用于根据当前循环中输入的电流值调节向气缸输出的气压；

与所述比例伺服阀连接的气缸，用于根据当前循环中输入的气压向一待测试部件输出推力及进行气缸复位或停止；

分别与所述气缸和控制器连接的力传感器，用于监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值。

进一步的，在上述装置中，所述控制器为PLC控制器。

进一步的，在上述装置中，所述力传感器还与一显示器连接，用于显示当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值。

进一步的，在上述装置中，所述杂质为水和/或油。

进一步的，在上述装置中，所述控制器，用于在每一循环中向比例伺服阀输出第一电流值以控制所述气缸伸出后，从一力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，当所述气缸向待测试部件输出的推力值是在预设推力值区间内、超过所述预设推力值区间或所述气缸的输出推力时间达到预设时间时，在当前循环中向所述比例伺服阀输出第二电流值以控制所述气缸停止或复位；

当所述气缸向待测试部件输出的推力值在所述预设推力值区间内时，下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值的大小保持不变；

当所述气缸向待测试部件输出的推力值超过所述预设推力值区间内时，调小下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值；

当所述气缸的输出推力时间达到预设时间时，调大下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值。

根据本发明的另一面，提供一种气动力加载闭环控制方法，包括：

控制器在每一循环中向比例伺服阀输出电流值，比例伺服阀根据当前循环中输入的电流值调节向气缸输出的气压，气缸根据当前循环中输入的气压向一待测试部件输出推力及进行气缸复位或停止，力传感器监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值；

控制器从力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，根据当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值和一预设时间确定下一循环中向比例伺服阀输出电流值。

进一步的，在上述方法中，所述控制器在每一循环中向比例伺服阀输出电流值，比例伺服阀根据当前循环中输入的电流值调节向气缸输出的气压，气缸根据当前循环中输入的气压向一待测试部件输出推力及进行气缸复位或停止，力传感器监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值的步骤包括：

所述控制器在每一循环中向比例伺服阀输出第一电流值以控制所述气缸伸出；

所述比例伺服阀根据当前循环中输入的第一电流值调节向气缸输出的第一气压；

所述气缸根据当前循环中输入的第一气压向一待测试部件输出推力；

所述力传感器监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值；

所述控制器从所述力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，当所述气缸向待测试部件输出的推力值是在预设推力值区间内、超过所述预设推力值区间或所述气缸的输出推力时间达到预设时间时，在当前循环中向所述比例伺服阀输出第二电流值；

所述比例伺服阀根据当前循环中输入的第二电流值调节向气缸输出的第二气压；

所述气缸根据当前循环中输入的第二气压进行气缸复位或停止。

进一步的，在上述方法中，所述控制器从力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，根据当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值和一预设时间确定下一循环中向比例伺服阀输出电流值的步骤包括：

当所述气缸向待测试部件输出的推力值在所述预设推力值区间内时，下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值的大小保持不变；

当所述气缸向待测试部件输出的推力值超过所述预设推力值区间内时，调小下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值；

当所述气缸的输出推力时间达到预设时间时，调大下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值。

与现有技术相比，本发明通过控制器在每一循环中向比例伺服阀输出电流值，比例伺服阀根据当前循环中输入的电流值调节向气缸输出的气压，气缸根据当前循环中输入的气压向一待测试部件输出推力及进行气缸复位或停止，力传感器监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值；控制器从力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，根据当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值和一预设时间确定下一循环中向比例伺服阀输出电流值，能够实现控制器根据力传感器输出值直接对比例伺服阀的控制，随着循环次数的增加，气缸的推力的输出能够稳定在要求的范围内，另外，而当气压波动或试件状态发生改变时，控制器会在下个循环立即调整比例伺服阀的输出，直到气缸的推力的输出达到要求范围，本装置和方法成本低廉，容易实现。

附图说明

图1是本发明一实施例的气动力加载闭环控制装置的结构图；

图2是本发明一实施例的气动力加载闭环控制装置的原理图；

图3是本发明一实施例的气动力加载闭环控制方法的流程图；

图4是图3的详细流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种气动力加载闭环控制装置，包括贮气罐1、气源处理装置2、控制器3、比例伺服阀4、力传感器5和气缸6。

贮气罐1，用于存储气源；具体的，贮气罐可以防止气压波动，这是气动力加载闭环控制装置里的第一关。

与贮气罐1连接的气源处理装置2，用于清洁气源中的杂质；

可选的，所述杂质为水和/或油。具体的，气源处理装置2用来清洁气源中的水和油及相关杂质。

控制器3，用于在每一循环中向比例伺服阀4输出电流值后，从一力传感器5获取当前循环中气缸6向待测试部件输出的推力值，根据当前循环中气缸6向待测试部件输出的推力值和一预设时间确定下一循环中向比例伺服阀4输出电流值；

可选的，所述控制器3为PLC控制器。

优选的，所述控制器3，用于在每一循环中向比例伺服阀4输出第一电流值以控制所述气缸6伸出后，从一力传感器5获取当前循环中气缸6向待测试部件输出的推力值，当所述气缸6向待测试部件输出的推力值是在预设推力值区间内、超过所述预设推力值区间或所述气缸6的输出推力时间达到预设时间时，在当前循环中向所述比例伺服阀4输出第二电流值以控制所述气缸停止或复位；

当所述气缸6向待测试部件输出的推力值在所述预设推力值区间内时，下一循环中所述控制器3向比例伺服阀4输出的第一电流值的大小保持不变；

当所述气缸6向待测试部件输出的推力值超过所述预设推力值区间内时，调小下一循环中所述控制器3向比例伺服阀4输出的第一电流值；

当所述气缸6的输出推力时间达到预设时间时，且所述气缸6向待测试部件输出的推力值小于预设推力值区间的下限值时，调大下一循环中所述控制器3向比例伺服阀4输出的第一电流值。具体的，如图2所示，气动力加载闭环控制装置首次运行时，控制器3根据需要的推力值和气缸6的缸径向比例伺服阀4输出一个初始的第一电流值（步骤S11），比例伺服阀根据当前循环中输入的第一电流值调节向气缸6输出的气压（步骤S12），气缸6根据当前气压向一待测试部件输出推力（步骤S13），然后设定两个条件结束气缸动作以使气缸停止或复位，一是力达到设定值即所述气缸6向待测试部件输出的推力值是在预设推力值区间内或超过所述预设推力值区间（步骤S14），二是到达设定的时间即所述气缸6的输出推力时间达到预设时间（步骤S15）；在气缸停止或复位（步骤S16）后，根据上述气缸的停止或复位条件来调整向比例伺服阀4输出的第一电流值的大小，如果是由于到达设定的时间而使气缸停止或复位（步骤S15），证明所述气缸6的输出推力无法达到设定值即所述气缸6向待测试部件输出的推力值小于预设推力值区间，气缸受到的气压偏小，则调大下一循环中所述控制器3向比例伺服阀4输出的第一电流值（步骤S17）；如果是由于力达到设定值即所述气缸6向待测试部件输出的推力值是在预设推力值区间内或超过所述预设推力值区间而使气缸停止或复位（步骤S14），则判断所述气缸6向待测试部件输出的推力值是否超出设定范围（步骤S18），当所述气缸6向待测试部件输出的推力值是在预设推力值区间内时，下一循环中所述控制器3向比例伺服阀4输出的第一电流值的大小保持不变（步骤S19），如果所述气缸6向待测试部件输出的推力值超过所述预设推力值区间时，证明气缸受到的气压偏大，则调小下一循环中所述控制器3向比例伺服阀4输出的第一电流值（步骤S20）。经过几轮的循环后，气动力加载闭环控制装置将稳定在如图2所示的黑色箭头标记的流程内，即所述气缸6向待测试部件输出的推力值稳定在预设推力值区间内。另外，当气压波动或试件状态改变时，则控制器3向比例伺服阀4输出的第一电流值的大小继续进行调整，直到达到新的稳定平衡状态。

分别与所述气源处理装置2和控制器3连接的比例伺服阀4，用于根据当前循环中输入的电流值调节向气缸6的输出气压；

与所述比例伺服阀4连接的气缸6，用于根据当前循环中输入的气压向一待测试部件输出推力及进行气缸复位或停止；具体的，比例伺服阀4可以根据控制器3赋予其的不同电流值，调节输出气压，从而控制气缸6来实现不同的推力。

分别与所述气缸6和控制器3连接的力传感器5，用于监测当前循环中气缸6向待测试部件输出的推力值。

优选的，所述力传感器5还与一显示器连接，用于显示当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值。具体的，力传感器5输出的推力值实时显示在作为人机界面的显示器上，同时被控制器3采集，用于闭环控制。

详细的，在一待测试部件为制动踏板的耐久试验中，根据试验要求，需要对制动踏板进疲劳试验，利用气缸6将踏板以400N（牛顿）的力踩下，然后释放，循环次数为100,000次（循环次数可根据实际要求进行调整）。所述控制器3向比例伺服阀4的输出的电流在4-20mA范围内，当控制器3的输出的第二电流值为4-12mA时，比例伺服阀4控制气缸6复位，当控制器3的输出的第一电流值为12-20mA时，比例伺服阀4控制气缸6伸出。控制器3里将气缸复位时向比例伺服阀4输出的第二电流值固定在4mA，不进行调节；控制器3对气缸6伸出时需要向比例伺服阀4输出的第一电流值按照前述的所述气缸6向待测试部件输出的推力值是在预设推力值区间内、超过所述预设推力值区间或所述气缸6的输出推力时间达到预设时间的不同情况进行调整。控制器3向比例伺服阀4输出的初始的第一电流值可设定为16mA,力设定值为395N，力的稳定范围即预设推力值区间可设定在395-405N之间，延时时间即预设时间设定为5s（秒）。气动力加载闭环控制装置运行后的每个循环中所述控制器3进行如下判断：

1、如果推力值小于395N，通过5s的延时时间控制气缸复位，然后下个循环将所述控制器3向比例伺服阀4输出的第一电流值向上加0.1mA；

2、如果推力值大于405N，则在下个循环所述控制器3向比例伺服阀4输出的第一电流值向下减0.1mA；

3、当推力值介于395N-405N之间时，保持所述控制器3向比例伺服阀4输出的第一电流值的大小不变，进入稳定状态。

本实施例能够实现控制器根据力传感器输出值直接对比例伺服阀的控制，随着循环次数的增加，气缸的推力的输出能够稳定在要求的范围内，另外，而当气压波动或试件状态发生改变时，控制器会在下个循环立即调整比例伺服阀的输出，直到气缸的推力的输出达到要求范围，本装置成本低廉，容易实现。

实施例二

如图3所示，本发明还提供另一种气动力加载闭环控制方法，包括步骤S21～步骤S22。

步骤S21，控制器在每一循环中向比例伺服阀输出电流值，比例伺服阀根据当前循环中输入的电流值调节向气缸输出的气压，气缸根据当前循环中输入的气压向一待测试部件输出推力及进行气缸复位或停止，力传感器监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值；

优选的，如图4所示，步骤S21包括：

步骤S211，所述控制器在每一循环中向比例伺服阀输出第一电流值以控制所述气缸伸出；

步骤S212，所述比例伺服阀根据当前循环中输入的第一电流值调节向气缸输出的第一气压；

步骤S213，所述气缸根据当前循环中输入的第一气压向一待测试部件输出推力；

步骤S214，所述力传感器监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值；

步骤S215，所述控制器从所述力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，当所述气缸向待测试部件输出的推力值是在预设推力值区间内、超过所述预设推力值区间或所述气缸的输出推力时间达到预设时间时，在当前循环中向所述比例伺服阀输出第二电流值以控制所述气缸停止或复位；

步骤S216，所述比例伺服阀根据当前循环中输入的第二电流值调节向气缸输出的第二气压；

步骤S217，所述气缸根据当前循环中输入的第二气压进行气缸复位或停止。

步骤S22，控制器从力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，根据当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值和一预设时间确定下一循环中向比例伺服阀输出电流值。

优选的，如图4所示，步骤S22包括：

步骤S221，当所述气缸向待测试部件输出的推力值在所述预设推力值区间内时，下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值的大小保持不变；

步骤S222，当所述气缸向待测试部件输出的推力值超过所述预设推力值区间内时，调小下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值；

步骤S223，当所述气缸的输出推力时间达到预设时间时，调大下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值。

实施例二的其它详细内容具体可参见实施例一的相应部分，在此不再赘述。

综上所述，本发明通过控制器在每一循环中向比例伺服阀输出电流值，比例伺服阀根据当前循环中输入的电流值调节向气缸输出的气压，气缸根据当前循环中输入的气压向一待测试部件输出推力及进行气缸复位或停止，力传感器监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值；控制器从力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，根据当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值和一预设时间确定下一循环中向比例伺服阀输出电流值，能够实现控制器根据力传感器输出值直接对比例伺服阀的控制，随着循环次数的增加，气缸的推力的输出能够稳定在要求的范围内，另外，而当气压波动或试件状态发生改变时，控制器会在下个循环立即调整比例伺服阀的输出，直到气缸的推力的输出达到要求范围，本装置和方法成本低廉，容易实现。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种气动力加载闭环控制装置，其特征在于，包括：

贮气罐，用于存储气源；

与贮气罐连接的气源处理装置，用于清洁气源中的杂质；

控制器，用于在每一循环中向比例伺服阀输出电流值后，从一力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，当所述气缸向待测试部件输出的推力值是在预设推力值区间内、超过所述预设推力值区间或所述气缸的输出推力时间达到预设时间时，在当前循环中向所述比例伺服阀输出第二电流值以控制所述气缸停止或复位；

当所述气缸向待测试部件输出的推力值在所述预设推力值区间内时，下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值的大小保持不变；

当所述气缸向待测试部件输出的推力值超过所述预设推力值区间内时，调小下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值；

当所述气缸的输出推力时间达到预设时间时，调大下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流；

分别与所述气源处理装置和控制器连接的比例伺服阀，用于根据当前循环中输入的电流值调节向气缸输出的气压；

与所述比例伺服阀连接的气缸，用于根据当前循环中输入的气压向一待测试部件输出推力及进行气缸复位或停止；

分别与所述气缸和控制器连接的力传感器，用于监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值。

2.如权利要求1所述的气动力加载闭环控制装置，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。

3.如权利要求1所述的气动力加载闭环控制装置，其特征在于，所述力传感器还与一显示器连接，用于显示当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值。

4.如权利要求1所述的气动力加载闭环控制装置，其特征在于，所述杂质为水和/或油。

5.一种气动力加载闭环控制方法，其特征在于，包括：

控制器在每一循环中向比例伺服阀输出电流值，比例伺服阀根据当前循环中输入的电流值调节向气缸输出的气压，气缸根据当前循环中输入的气压向一待测试部件输出推力及进行气缸复位或停止，力传感器监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值；

具体的，所述控制器在每一循环中向比例伺服阀输出第一电流值以控制所述气缸伸出；

所述比例伺服阀根据当前循环中输入的第一电流值调节向气缸输出的第一气压；

所述气缸根据当前循环中输入的第一气压向一待测试部件输出推力；

所述力传感器监测当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值；

所述控制器从所述力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，当所述气缸向待测试部件输出的推力值是在预设推力值区间内、超过所述预设推力值区间或所述气缸的输出推力时间达到预设时间时，在当前循环中向所述比例伺服阀输出第二电流值；

所述比例伺服阀根据当前循环中输入的第二电流值调节向气缸输出的第二气压；

所述气缸根据当前循环中输入的第二气压进行气缸复位或停止；

控制器从力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，根据当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值和一预设时间确定下一循环中向比例伺服阀输出电流值。

6.如权利要求5所述的气动力加载闭环控制方法，其特征在于，所述控制器从力传感器获取当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值，根据当前循环中气缸向待测试部件输出的推力值和一预设时间确定下一循环中向比例伺服阀输出电流值的步骤包括：

当所述气缸向待测试部件输出的推力值在所述预设推力值区间内时，下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值的大小保持不变；

当所述气缸向待测试部件输出的推力值超过所述预设推力值区间内时，调小下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值；

当所述气缸的输出推力时间达到预设时间时，调大下一循环中所述控制器向比例伺服阀输出的第一电流值。