CN107775487A - 一种大口径光学抛光系统的气动压力控制 - Google Patents

一种大口径光学抛光系统的气动压力控制 Download PDF

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Abstract

一种大口径光学抛光系统的气动压力控制，利用压力传感器和比例阀及多组双模态PID控制算法构建了闭环压力控制系统，以实现高精度、高稳定性的抛光盘压力控制。该压力控制系统能够较好的满足项目中对施加在磨盘上的压力的要求。在不同的扰动及控制要求下，具有良好的鲁棒性及速度平稳性，可以满足大口径抛光系统对压力的设计要求。

Description

一种大口径光学抛光系统的气动压力控制
所属技术领域
本发明涉及一种大口径光学抛光系统的气动压力控制，适用于机械领域。
背景技术
光学加工是一个复杂工艺过程，不仅存在磨盘与工件之间的机械切削，还有研磨液与工件之间的化学作用。精密的光学仪器，更需要纳米级的精度，而且整个加工过程周期长。大口径轻质高精度非球面镜的加工，材质既脆又硬，而且后期到抛光阶段时镜面口径大而薄，加工难度非常大。国内外一直以来主要依赖技术熟练的工人通过反复地局部修抛和不断监测完成，不仅成本高、效率低、劳动强度大，而且加工精度难以保证。近年来，关于气动压力控制系统研究较多，而将气动压力控制系统应用于抛光系统进行光学系统抛光还是比较少，故当前光学抛光系统主要还是依赖于人眼辅助，以手动抛光为主。
发明内容
本发明提出了一种大口径光学抛光系统的气动压力控制，利用压力传感器和比例阀及多组双模态PID控制算法构建了闭环压力控制系统，以实现高精度、高稳定性的抛光盘压力控制。
本发明所采用的技术方案是。
所述气动控制系统由以下部分组成：PLC、变频器、电动机、空压机、电源控制柜、电抗器、压力变送器、接触器、中间继电器、热继电器、空气开关、电缆、电流表、电压表、按钮、互感器等。
所述控制系统提供手动/自动两种工作模式，具有现场控制方式、状态显示以及故障报警等功能。
所述控制系统选取西门子PLC 57-200CPU224作为控制核心，CPU224的I/O点数是14/10，扩展了1个EM 235模拟量输入模块。
所述控制系统的S700系列PLC中的CPU224提供了PID运算指令，应用时与PLC配套的STEP7-Micro/Win编程软件通过梯形图设定PID控制参数后，执行指令PIDTABLE，LOOP即可完成PID运动。
本发明的有益效果是：该压力控制系统能够较好的满足项目中对施加在磨盘上的压力的要求。在不同的扰动及控制要求下，具有良好的鲁棒性及速度平稳性，可以满足大口径抛光系统对压力的设计要求。
附图说明
图1是本发明的磨头压力控制原理图。
图2是本发明的气动力控制系统结构图。
图中：1.气源；2.压力比例阀；3.无摩擦气缸；4.磨盘；5.空压机；6.比例减压阀；7.压力传感器；8.电磁阀；9.低摩擦气缸。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，磨头不仅实现公转、自转、偏心相互独立控制，而且在自转轴内布置了气动压力控制装置，从而获得可调且稳定输出的转速、压力值。抛光盘和活塞杆(轴)采用球铰链连接，以增强抛光盘对工件面形变化的自适应胜。
气动压力控制的工作原理，气缸一腔通大气，另外一腔通过大直径管道与储气罐相连，通过压力比例阀精确控制气缸容腔内的压力P 0使之作用在活塞上的力始终维持在设定的压力，从而实现磨头压力的精确控制。
如图2，气动力伺服系统由于其功率大、损耗低的特点，在工业上有一定的应用。然而实际上气动伺服系统相对于液压传动和电力传动来说，应用范围很有限，主要是由于气动系统的非线性强，不可预测的外界因素多，建立气动系统模型非常困难，这都增加了高精度压力控制的难度。
该系统由数字控制器、比例减压阀、气缸、气压传感器等环节组成。其中，控制器为控制电机的TRIO控制器，气缸为SMC的低摩擦气缸，减压阀为FESTO的MPPE型比例减压阀。
在非工作状态下比例减压阀处于关闭状态，输出压力为0。在工作状态下，比例减压阀通过丁柳信号改变输出压力，从而影响气缸输出力大小。压力传感器获取气缸压力的大小，与压力设定值比较，改变比例阀的电流大小来完成压力闭环控制。
系统辨识是在现在控制理论、数理统计以及随即过程等理论基础上发展起来的一门学科。在运用理论力学分析方法为气动系统建立数学模型时，总会遇到一些不易确定的软参数，同时与实际的系统相比，做了大量的简化，忽略了许多因素。通过系统辨识，可以消除极力建模造成的误差，如气动系统的泄露、气体压缩的多变过程、管道的压力损失等引起的误差，获得一个较为精确的数学模型。为了使过程可辨识，输入信号必须满足一定的条件，即在辨识时间内，过程必须被输入信号持续激励。通常用于系统辨识的输入信号有3种：正弦信号、白噪声信号以及伪随机信号。从实际情况出发，考虑到本系统的特性及输人信号的产生，选用正弦信号与阶跃信号作为辨识输入信号。本文利用MATLAB中的系统辨识工具箱进行系统辨识。根据采集的实验系统的输入、输出数据，对数据进行滤波处理后，对系统进行辨识。
本系统对气压的要求比较特殊，对气压指令的响应速度要求不高，但是对抗干扰能力及气压的平稳性要求较高。因为在抛光过程中，压力指令的变化是不频繁，一旦设定某个压力值，磨头就将长时间在此压力下工作。在一定的偏差下，压力的平稳比压力的精度更重要，压力频繁地波动抛光的效果就会变差。

Claims (4)

1.一种大口径光学抛光系统的气动压力控制，其特征是：所述气动控制系统由以下部分组成：PLC、变频器、电动机、空压机、电源控制柜、电抗器、压力变送器、接触器、中间继电器、热继电器、空气开关、电缆、电流表、电压表、按钮、互感器等。
2.根据权利要求1所述的一种大口径光学抛光系统的气动压力控制，其特征是：所述控制系统提供手动/自动两种工作模式，具有现场控制方式、状态显示以及故障报警等功能。
3. 根据权利要求1所述的一种大口径光学抛光系统的气动压力控制，其特征是：所述控制系统选取西门子PLC 57-200CPU224作为控制核心，CPU224的I/O点数是14/10，扩展了1个EM 235模拟量输入模块。
4.根据权利要求1所述的一种大口径光学抛光系统的气动压力控制，其特征是：所述控制系统的S700系列PLC中的CPU224提供了PID运算指令，应用时与PLC配套的STEP7-Micro/Win编程软件通过梯形图设定PID控制参数后，执行指令PIDTABLE，LOOP即可完成PID运动。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112139989A (zh) * 2020-09-29 2020-12-29 杭州麦查居家具有限公司 一种用于抛光机的智能平衡装置
CN113295087A (zh) * 2021-05-26 2021-08-24 合肥工业大学 基于球面三维编码的球铰链三轴回转角度测量方法

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