CN107725509B - 基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

发明公开了一种基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统和方法，系统中的控制器检测气缸输出杆的位置，根据目标位置的大小，并根据控制器检测到的单杆双作动气缸左腔和右腔的压力之和与高压气源和大气的压力之和的差值关系，通过组合充气阀和排气阀的开启使得气缸输出杆向右移动与向左移动，从而实现气缸输出杆位置的精确快速控制。根据内部气压，外部气压和的关系采用不同的控制策略，将气压平衡的策略与根据位置误差分段的策略结合在一起，构成了完整的高精度控制方法，控制脉动小，避免了采用PWM方法时存在的频繁充放气而导致的气源浪费与噪声，减小了极限位置的控制死区，大大提高了阀的使用寿命与位置控制精度。

Description

基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统和 方法
技术领域
本发明属于气动伺服控制领域，特别涉及一种基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统。
背景技术
气动伺服控制是以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号，控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化和自动化的一门技术。由于压缩空气获取成本低廉、无环境污染、使用维护成本低、系统设计环境要求低以及使用寿命长等一系列优点，使得气动伺服控制技术广泛应用在各种工业生产过程中。在现代汽车焊接生产线上，车身各工序的移动、车身外壳的快速定位以及焊枪的快速接近都需要用到精确的气动位置控制。
气动控制阀是气动伺服控制系统的关键。高速开关阀相较于伺服阀/比例阀，有着结构简单和成本低廉的特点，而如何采用低成本、易维护的高速开关阀代替伺服阀/比例阀组件高精度的气动伺服控制系统，一直是现代气动伺服控制研究的热点问题。目前在采用高速开关阀的气动伺服控制系统中广泛采用的是脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)方法。在带负载的气动位置控制中，经过改进的PWM方法使高速开关阀的平均驱动电压与负载移动速度的关系接近线性化，这种线性关系的建立使得原本极度非线性的气动系统能够获得更高的控制精度。
传统的位置控制方法一般不考虑内外气压的差异，并且仅仅采用PWM方法固定的控制多个阀的开启和关闭，实际造成了在气缸输出杆运动的左右极限位置容易卡死，并且控制死区较大。采用PWM方法也会带来气压的脉动误差，造成能源的浪费和控制效果较差。Xiangrong Shen等在Journal of Dynamic Systems,Measurement,and Control期刊2006年128期的“Nonlinear Model-Based Control of Pulse Width Modulated PneumaticServo Systems”文章中提到了一种3模式切换的高速开关阀切换方法以克服单纯PWM方法带来的脉动误差，Sean Hodgson等在Mechatronics期刊2012年22期的“Improved trackingand switching performance of an electro-pneumatic positioning system”文章中提到了一种考虑内外气压差的高速开关阀切换方法，通过简单的分段控制提高了位置控制的精度。但是上述基于PWM的方法都不能从根本上解决位置控制存在的控制死区问题，控制精度也难以进一步提高。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是解决传统PWM控高速开关阀位置控制系统控制精度低、存在控制死区的问题。
技术方案：
基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统，包含单杆双作动气缸1、左充气阀2、左排气阀3、左压力传感器4、右充气阀5、右排气阀6、右压力传感器7、位置传感器8、单杆双作动气缸左腔9、单杆双作动气缸右腔10、气缸输出杆11、负载12、滑台13和控制器14；在单杆双作动气缸1的左进气孔安装左充气阀2、左排气阀3和左压力传感器4，左充气阀2的进气端与高压气源连接，左排气阀3的排气端与大气环境相通，在单杆双作动气缸1的右进气孔安装右充气阀5、右排气阀6和右压力传感器7，右充气阀5的进气端与高压气源连接，右排气阀6的排气端与大气环境相通；气缸输出杆11与负载12相连，负载12在滑台13上水平滑动，并在气缸输出杆11上安装位置传感器8；单杆双作动气缸左腔9的压力由左压力传感器4测量，单杆双作动气缸右腔10的压力由右压力传感器7测量，气缸输出杆11的位置由位置传感器8测量，控制器14采集并处理所有传感器的信号和数据；根据气缸输出杆11位置与目标控制位置的差值，规定了气压平衡大偏离调控策略和气压平衡小偏离调控策略，这两种策略结合控制器14检测到的单杆双作动气缸左腔9和单杆双作动气缸右腔10的压力之和与高压气源和大气的压力之和的差值关系，通过产生不同的四阀开启脉冲，保持单杆双作动气缸左腔9、单杆双作动气缸右腔10、高压气源和大气之间的压力平衡，使得气缸输出杆11位置控制始终处于可调控的状态，减小气缸输出杆11位置控制左侧或者右侧的控制死区，实现气缸输出杆位置的精确快速控制。
在气缸输出杆11设定位置与实测位置相差较大，即当位置误差ΔY的绝对值较大时执行气压平衡大偏离调控策略，策略中的每一种状态均能保持内外压力平衡；在需要向右移动的状态下，即当α＜ΔY时，α为常量，如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以同时打开左充气阀2和右排气阀6为主要控制脉冲，仅打开左充气阀2为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸左腔9快速充气并且气缸输出杆11快速右移；如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和大于高压气源与大气压力之和，主要控制脉冲不变，仅打开右排气阀6为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸右腔10快速放气并且气缸输出杆11快速右移；如果腔内外气压处于平衡的状态，主要控制脉冲不变，不使用辅助脉冲，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆11快速右移；在需要向左移动的状态下，即当ΔY≤-α时，如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以同时打开左排气阀3和右充气阀5为主要控制脉冲，仅打开右充气阀5为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸右腔10快速充气并且气缸输出杆11快速左移；如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和大于高压气源与大气压力之和，主要控制脉冲不变，仅打开左排气阀3为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸左腔9快速放气并且气缸输出杆11快速左移；如果腔内外气压处于平衡的状态，主要控制脉冲不变，不使用辅助脉冲，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆11快速左移。
在气缸输出杆(11)设定位置与实测位置相差较小，即当位置误差ΔY的绝对值较小时执行气压平衡小偏离调控策略，策略中的每一种状态均能保持内外压力平衡；在需要向右移动的状态下，即当ε＜ΔY≤α时，ε为常量且ε小于α，如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以仅打开左充气阀2为控制脉冲，根据控制量大小微调打开左充气阀2的时间，使得单杆双作动气缸左腔9慢速充气并且气缸输出杆11向右缓慢移动；如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和大于高压气源与大气压力之和，以仅打开右排气阀6为控制脉冲，根据控制量大小微调打开右排气阀6的时间，使得单杆双作动气缸右腔10慢速放气并且气缸输出杆11向右缓慢移动；如果腔内外气压处于平衡的状态，控制器12保持上一个控制周期的控制方式，减小气阀切换造成的震动，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆11缓慢右移；在需要向左移动的状态下，即当-α＜ΔY≤-ε时，如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以仅打开右充气阀5为控制脉冲，根据控制量大小微调打开右充气阀5的时间，使得单杆双作动气缸右腔10慢速充气并且气缸输出杆11向左缓慢移动；如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和大于高压气源与大气压力之和，以仅打开左排气阀3为控制脉冲，根据控制量大小微调打开左排气阀3的时间，使得单杆双作动气缸左腔9慢速放气并且气缸输出杆11向左缓慢移动；如果腔内外气压处于平衡的状态，控制器12保持上一个控制周期的控制方式，减小气阀切换造成的震动，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆11缓慢左移；在位置误差极小，不需移动的情况下，即当-ε＜ΔY≤ε时，关闭左充气阀2、左放气阀3、右充气阀5和右放气阀6。
有益效果：本发明提出的基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统，相比PWM控位置控制系统具有明显的优势。本发明最大限度地利用了4个高速开关阀在不同状态下的开关状态所带来的气压、位置变化，提高了位置控制的速度和精度，解决了简单切换开关存在的控制脉动大、控制精度低等问题，也避免了采用PWM方法时存在的频繁充放气而导致的气源浪费与噪声，减小了极限位置的控制死区。
附图说明
图1是基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统结构示意图；
图2是控制系统控制框图；
图3是单个控制周期内主要控制脉冲和辅助控制脉冲关系示意图；
图4是阶跃响应状态下的控制效果对比图；
图5是随机阶跃响应状态下的控制效果图；
图6是随机阶跃响应状态下的气压变化图；
图7是正弦响应下的控制效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统是基于PWM方法启发产生的。在传统PWM控位置控制系统中，不同阀之间的开、关运动并没有任何关联性，而本发明的采用的新方法与PWM方法最大的不同在于合理规划、组合了各个高速开关阀之间的开启、关闭时间，并且对于不同的位置误差段采取不同的控制策略，极大的提高了控制精度。与此同时，考虑到传统PWM控位置控制系统中存在的极限位置卡死问题，增加了适应气压平衡的控制策略，规定了内部气压低于外部气压和、内部气压高于外部气压和以及气压平衡状态时不同的控制策略。在考虑精确气缸输出杆位置控制的前提下，通过产生不同的4阀开启脉冲，保持单杆双作动气缸左腔、右腔、高压气源和大气之间的压力平衡，使得气缸输出杆位置控制始终处于可调控的状态，减小气缸输出杆位置控制左侧或者右侧的控制死区。并且最终将气压平衡的策略与根据位置误差分段的策略结合在一起，构成了完整的高精度控制方法，巧妙地提高了高速开关阀组成的位置控制系统的控制精度。
图1所示为基于高速开关阀的气压平衡调控策略实现位置精确控制的控制系统结构示意图。系统包含单杆双作动气缸1、左充气阀2、左排气阀3、左压力传感器4、右充气阀5、右排气阀6、右压力传感器7、位置传感器8、单杆双作动气缸左腔9、单杆双作动气缸右腔10、气缸输出杆11、负载12、滑台13和控制器14；在单杆双作动气缸1的左进气孔安装左充气阀2、左排气阀3和左压力传感器4，左充气阀2的进气端与高压气源连接，左排气阀3的排气端与大气环境相通，在单杆双作动气缸1的右进气孔安装右充气阀5、右排气阀6和右压力传感器7，右充气阀5的进气端与高压气源连接，右排气阀6的排气端与大气环境相通；气缸输出杆11与负载12相连，负载12在滑台13上水平滑动，并在气缸输出杆11上安装位置传感器8；单杆双作动气缸左腔9的压力由左压力传感器4测量，单杆双作动气缸右腔10的压力由右压力传感器7测量，气缸输出杆11的位置由位置传感器8测量，控制器14采集并处理所有传感器的信号和数据；根据气缸输出杆11位置与目标控制位置的差值，规定了气压平衡大偏离调控策略和气压平衡小偏离调控策略，这两种策略结合控制器14检测到的单杆双作动气缸左腔9和单杆双作动气缸右腔10的压力之和与高压气源和大气的压力之和的差值关系，通过产生不同的四阀开启脉冲，保持单杆双作动气缸左腔9、单杆双作动气缸右腔10、高压气源和大气之间的压力平衡，使得气缸输出杆11位置控制始终处于可调控的状态，减小气缸输出杆11位置控制左侧或者右侧的控制死区，实现气缸输出杆位置的精确快速控制。
所述单杆双作动气缸1是最高耐压0.7MPa，最大行程0.1m的标准气缸。
所述左充气阀2、左排气阀3、右充气阀5和右排气阀6是三通或双通电磁高速开关阀，三通电磁高速开关阀可通过适当的堵住一个气孔的方式作为双通电磁高速开关阀使用。
所述左压力传感器4、右压力传感器7和位置传感器8均是带有输出信号调理，且输出4～20mA电信号的标准传感器。
所述负载12是标准砝码，常用重量为0.5kg、1kg和2kg等。后续附图测试所用负载重量皆为1kg。
所述控制器14是一种具有精确实时控制、模拟电压采集、数字信号输出的工业级实时嵌入式控制器，例如NI cRIO-9074嵌入式控制器。
图2所示为控制系统控制框图。在计算机设定位置信号阶跃响应Yr后，控制器14根据传感器采集得到的单杆双作动气缸左腔压力PL、单杆双作动气缸右腔压力PR和实测位置Y，经过气压平衡调控策略计算和综合，得到4个高速开关阀的开、关时刻和时间，最终驱动单杆双作动气缸的气缸输出杆11带动负载12精确运动。
基于高速开关阀的气压平衡调控策略实现位置精确控制系统在不同位置误差时采用不同的控制策略，以提高位置误差大时的控制速度以及位置误差小时的控制精度。具体实施方法是：
气压平衡大偏离调控策略指在气缸输出杆11设定位置与实测位置相差较大时的控制策略，策略中的每一种状态均能保持内外压力平衡；在需要向右移动的状态下，如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以同时打开左充气阀2和右排气阀6为主要控制脉冲，仅打开左充气阀2为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸左腔9快速充气并且气缸输出杆11快速右移，这里的控制脉冲指在特定的控制状态中，驱动四个阀动作的电脉冲信号；主要控制脉冲是指在主要控制时间作用的控制脉冲；辅助控制脉冲是指在辅助控制时间起到辅助控制作用的控制脉冲；如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和大于高压气源与大气压力之和，主要控制脉冲不变，仅打开右排气阀6为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸右腔10快速放气并且气缸输出杆11快速右移；如果腔内外气压处于平衡的状态，主要控制脉冲不变，不使用辅助脉冲，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆11快速右移；在需要向左移动的状态下，如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以同时打开左排气阀3和右充气阀5为主要控制脉冲，仅打开右充气阀5为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸右腔10快速充气并且气缸输出杆11快速左移；如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和大于高压气源与大气压力之和，主要控制脉冲不变，仅打开左排气阀3为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸左腔9快速放气并且气缸输出杆11快速左移；如果腔内外气压处于平衡的状态，主要控制脉冲不变，不使用辅助脉冲，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆11快速左移。
气压平衡小偏离调控策略指在气缸输出杆(11)设定位置与实测位置相差较小时的控制策略，策略中的每一种状态均能保持内外压力平衡；在需要向右移动的状态下，如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以仅打开左充气阀2为控制脉冲，根据控制量大小微调打开左充气阀2的时间，使得单杆双作动气缸左腔9慢速充气并且气缸输出杆11向右缓慢移动；如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和大于高压气源与大气压力之和，以仅打开右排气阀6为控制脉冲，根据控制量大小微调打开右排气阀6的时间，使得单杆双作动气缸右腔10慢速放气并且气缸输出杆11向右缓慢移动；如果腔内外气压处于平衡的状态，控制器12保持上一个控制周期的控制方式，减小气阀切换造成的震动，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆11缓慢右移；在需要向左移动的状态下，如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以仅打开右充气阀5为控制脉冲，根据控制量大小微调打开右充气阀5的时间，使得单杆双作动气缸右腔10慢速充气并且气缸输出杆11向左缓慢移动；如果单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和大于高压气源与大气压力之和，以仅打开左排气阀3为控制脉冲，根据控制量大小微调打开左排气阀3的时间，使得单杆双作动气缸左腔9慢速放气并且气缸输出杆11向左缓慢移动；如果腔内外气压处于平衡的状态，控制器12保持上一个控制周期的控制方式，减小气阀切换造成的震动，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆11缓慢左移。
上述的基于高速开关阀的气压平衡调控策略实现位置精确控制方法中存在7种高速开关阀状态，可以归纳整理为表1所示。这7种切换状态被分别用作主要控制脉冲和辅助控制脉冲，具体的划分方法如表2所示。
表1高速开关阀的7种状态
注：M1～M7为7种不同的状态，U1为左充气阀2的状态，U2为左放气阀3的状态，U3为右充气阀5的状态，U4为右放气阀6的状态。取值为“1”表示持续打开，取值为“0”表示持续关闭。
表2基于高速开关阀的气压平衡调控策略
注：ΔY＝Yr-Y，Yr为设定位置，Y为实测位置，ΔY为位置误差。ΔP＝(Ps+PE)-(PL+PR)，PS为高压气源压力，PE为大气压力，PL为单杆双作动气缸左腔9的压力，PR为单杆双作动气缸右腔10的压力，ΔP为内外压力差。“主”代表主要控制脉冲，“辅”代表辅助控制脉冲。α，ε和δ均为常量，ε小于α，-δ＜ΔP≤δ表示腔内外气压处于平衡的状态，δ＜ΔP表示单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和小于高压气源与大气压力之和，ΔP≤-δ表示单杆双作动气缸左腔9与单杆双作动气缸右腔10的压力之和大于高压气源与大气压力之和。
图3所示为单个控制周期内主要控制脉冲和辅助控制脉冲关系示意图，图中所示的是“M6主+M2辅”的情况。假定T1为主要控制时间，Tt-T1为辅助控制时间，在一个控制周期Tt内，左充气阀2与右放气阀6同时开启T1时间，随后的Tt-T1时间内，仅有左充气阀2开启，即为“M6主+M2辅”。
在实际使用时需要计算T1，假定根据位置误差ΔY，控制器通过PID控制算法或滑模控制算法等计算出控制量u，则主要控制脉冲占空比的计算公式为：
D1＝ku+b (a)
其中k和b为修正系数，用于微调占空比的大小。主要控制脉冲时间的计算公式为：
T1＝Tt*(ku+b) (b)
辅助控制脉冲占空比的计算公式为：
D2＝1-(ku+b) (c)
辅助控制脉冲时间的计算公式为：
T2＝Tt-Tt*(ku+b) (d)
图4所示为阶跃响应状态下的控制效果对比图。传统的3切换模式PWM控方法中，仅仅使用到了表1中的M1、M6和M7三种切换模式对高速开关阀进行控制，即需要气缸输出杆向右运动时打开左充气阀2和右排气阀6，需要气缸输出杆向左运动时打开左放气阀3和右充气阀5，在接近控制位置时4阀全关，同时4个阀采用PWM占空比调控。这种传统的控制方法存在易震荡，控制死区大和响应速度慢的问题。而采用气压平衡调控策略方法控制效果超调小，响应速度快，不存在控制死区。
图5所示为随机阶跃响应状态下的控制效果图。图6所示为随机阶跃响应状态下的气压变化图。如图5和图6所示，在气缸全量程范围内，本系统都可以做到高精度控制，并且气缸左腔和右腔气压始终控制在0.15MPa到0.3MPa的范围内(气源气压为0.3MPa)，不存在单侧气压过高或过低导致的气缸输出杆卡死的问题。
图7所示为正弦响应下的控制效果图。如图7所示，在气缸全量程范围内，本系统可以快速跟踪正弦位置信号。
在工业级嵌入式控制器的高精度控制周期支持下，控制周期Tt可以设置为10ms或者更低，因此控制周期的精度有保证。基于表2所示的基于高速开关阀的气压平衡调控策略实现位置精确控制方法，一方面能够保持内外气压的平衡，减小极限位置的控制死区，避免气缸输出杆的卡死，另一方相比传统的PWM控位置控制系统，本发明所述的新系统在稳态位置控制精度、极限位置控制精度以及控制速度等方面均有大幅度提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统的敏捷位置控制方法，其特征在于，包含单杆双作动气缸(1)、左充气阀(2)、左排气阀(3)、左压力传感器(4)、右充气阀(5)、右排气阀(6)、右压力传感器(7)、位置传感器(8)、单杆双作动气缸左腔(9)、单杆双作动气缸右腔(10)、气缸输出杆(11)、负载(12)、滑台(13)和控制器(14)；在单杆双作动气缸(1)的左进气孔安装左充气阀(2)、左排气阀(3)和左压力传感器(4)，左充气阀(2)的进气端与高压气源连接，左排气阀(3)的排气端与大气环境相通，在单杆双作动气缸(1)的右进气孔安装右充气阀(5)、右排气阀(6)和右压力传感器(7)，右充气阀(5)的进气端与高压气源连接，右排气阀(6)的排气端与大气环境相通；气缸输出杆(11)与负载(12)相连，负载(12)在滑台(13)上水平滑动，并在气缸输出杆(11)上安装位置传感器(8)；单杆双作动气缸左腔(9)的压力由左压力传感器(4)测量，单杆双作动气缸右腔(10)的压力由右压力传感器(7)测量，气缸输出杆(11)的位置由位置传感器(8)测量，控制器(14)采集并处理左压力传感器(4)、右压力传感器(7)和位置传感器(8)的信号和数据并对左充气阀(2)、左排气阀(3)、右充气阀(5)、右排气阀(6)进行控制；控制器(14)根据气缸输出杆(11)位置与目标控制位置的差值，以及检测到的单杆双作动气缸左腔(9)和单杆双作动气缸右腔(10)的压力之和与高压气源和大气的压力之和的差值关系，进行气压平衡大偏离调控策略和气压平衡小偏离调控策略，通过产生不同的左充气阀(2)、左排气阀(3)、右充气阀(5)、右排气阀(6)四阀开启脉冲，保持单杆双作动气缸左腔(9)、单杆双作动气缸右腔(10)、高压气源和大气之间的压力平衡，使得气缸输出杆(11)位置控制始终处于可调控的状态，减小气缸输出杆(11)位置控制左侧或者右侧的控制死区，实现气缸输出杆位置的精确快速控制。
2.如权利要求1所述的基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统的敏捷位置控制方法，其特征在于：在气缸输出杆(11)设定位置与实测位置相差较大，即当位置误差ΔY的绝对值较大时执行气压平衡大偏离调控策略，策略中的每一种状态均能保持内外压力平衡；在需要向右移动的状态下，即当α＜ΔY时，α为常量，如果单杆双作动气缸左腔(9)与单杆双作动气缸右腔(10)的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以同时打开左充气阀(2)和右排气阀(6)为主要控制脉冲，仅打开左充气阀(2)为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸左腔(9)快速充气并且气缸输出杆(11) 快速右移；如果单杆双作动气缸左腔(9)与单杆双作动气缸右腔(10)的压力之和大于高压气源与大气压力之和，主要控制脉冲不变，仅打开右排气阀(6)为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸右腔(10)快速放气并且气缸输出杆(11)快速右移；如果腔内外气压处于平衡的状态，主要控制脉冲不变，不使用辅助脉冲，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆(11)快速右移；在需要向左移动的状态下，即当ΔY≤-α时，如果单杆双作动气缸左腔(9)与单杆双作动气缸右腔(10)的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以同时打开左排气阀(3)和右充气阀(5)为主要控制脉冲，仅打开右充气阀(5)为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸右腔(10)快速充气并且气缸输出杆(11)快速左移；如果单杆双作动气缸左腔(9)与单杆双作动气缸右腔(10)的压力之和大于高压气源与大气压力之和，主要控制脉冲不变，仅打开左排气阀(3)为辅助控制脉冲，使得单杆双作动气缸左腔(9)快速放气并且气缸输出杆(11)快速左移；如果腔内外气压处于平衡的状态，主要控制脉冲不变，不使用辅助脉冲，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆(11)快速左移。
3.如权利要求1所述的基于高速开关阀气压平衡调控策略的敏捷位置控制系统的敏捷位置控制方法，其特征在于：在气缸输出杆(11)设定位置与实测位置相差较小，即当位置误差ΔY的绝对值较小时执行气压平衡小偏离调控策略，策略中的每一种状态均能保持内外压力平衡；在需要向右移动的状态下，即当ε＜ΔY≤α时，ε为常量且ε小于α，如果单杆双作动气缸左腔(9)与单杆双作动气缸右腔(10)的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以仅打开左充气阀(2)为控制脉冲，根据控制量大小微调打开左充气阀(2)的时间，使得单杆双作动气缸左腔(9)慢速充气并且气缸输出杆(11)向右缓慢移动；如果单杆双作动气缸左腔(9)与单杆双作动气缸右腔(10)的压力之和大于高压气源与大气压力之和，以仅打开右排气阀(6)为控制脉冲，根据控制量大小微调打开右排气阀(6)的时间，使得单杆双作动气缸右腔(10)慢速放气并且气缸输出杆(11)向右缓慢移动；如果腔内外气压处于平衡的状态，控制器(14)保持上一个控制周期的控制方式，减小气阀切换造成的震动，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆(11)缓慢右移；在需要向左移动的状态下，即当-α＜ΔY≤-ε时，如果单杆双作动气缸左腔(9)与单杆双作动气缸右腔(10)的压力之和小于高压气源与大气压力之和，以仅打开右充气阀(5)为控制脉冲，根据控制量大小微调打开右充气阀(5)的时间，使得单杆双作动气缸右腔(10)慢速充气并且气缸输出杆(11)向左缓慢移动；如果单杆双作动气缸左腔(9)与单杆双作动气缸右腔(10)的压力之和大于高压气源与大气压力之和，以仅打开左排气阀(3)为控制脉冲，根据控制量大小微调打开左排气阀(3)的时间，使得单杆双作动气缸左腔(9)慢速放气并且气缸输出杆(11)向左缓慢移动；如果腔内外气压处于平衡的状态，控制器(12)保持上一个控制周期的控制方式，减小气阀切换造成的震动，在不改变内外气压平衡的情况下使得气缸输出杆(11)缓慢左移；在位置误差极小，不需移动的情况下，即当-ε＜ΔY≤ε时，关闭左充气阀(2)、左放气阀(3)、右充气阀(5)和右放气阀(6)。
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