CN1133407A

CN1133407A - 气缸定位控制装置

Info

Publication number: CN1133407A
Application number: CN95119822A
Authority: CN
Inventors: 福宪司; 山本齐; 藤原伸广; 下野宏之
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1996-10-16
Also published as: US5691894A; JPH08210302A; KR960031814A; JP3626234B2; DE19545772A1

Abstract

在本发明的气缸定位控制装置中，由前次驱动中的预计的超过距离Yi-1，在前次驱动期间输出制动信号时的气缸速度Vi-1，和正被驱动的气缸速度Vi，计算当前驱动的预计超过距离Yi。因此，通过不仅将超过距离而且将气缸速度作为进行控制的输入数据，可以控制气缸的定位。这样便在相当程度上提高了气缸停止精度。

Description

气缸定位控制装置

本发明涉及气缸定位控制装置，它设计用来使反复运行的气缸停止在指定的位置上。

本申请人以前已经提交了一份关于气缸停止控制装置的申请，该装置具有制动活塞杆的制动机构和检测活塞杆位置的位置传感器，其中活塞杆的运动受驱动阀的控制，该驱动阀根据从控制器输出的电信号使得压缩空气流出，从而使气缸停止在指定的位置上[参见日本专利申请No.5-297553(日本专利申请未审查公开No.7-127692)]。在这一前所未有的气缸停止控制装置中，利用前次驱动中的超过距离作为后次驱动中的预计超过距离，通过根据超过距离的量校正制动点，由此进行定位。然而，这一控制方法具有这样的缺点，即当速度变化时不能得到足够高的精度。

显然为了得到足够高的定位精度而不管速度变化，需要在考虑了气缸速度的情况下学习控制。

本发明的目的是通过学习控制来对气缸进行定位，该控制不仅利用超过距离而且利用气缸速度作为进行控制的输入数据。

为了达到上述目的，本发明提供了具有以下装置(a)至(f)的气缸定位控制装置：

(a)取气缸的位移X和速度V的装置；

(b)计算装置，用于由前次驱动中的预计的超过距离Yi-1，在前次驱动期间输出制动信号时的气缸速度Vi-1，和正被驱动的气缸速度Vi，计算当前驱动的预计超过距离Yi；

(c)判断符合输出制动信号的条件是否满足，当所述条件满足时输出制动信号的装置；

(d)取输出制动信号时气缸的位移Xbp和速度Vbp的装置；

(e)当气缸已经停止时取气缸的位移Xstop的装置；以及

(f)计算装置，用于由输出制动信号时的气缸的位移Xbp和速度Vbp，以及停止的气缸的位移Xstop，计算输出制动信号时的预计超过距离Yi-1和气缸速度Vi-1，这两个数据将用于计算接下来的驱动。

本发明的气缸定位控制装置进一步包括紧接在控制操作已经开始之后判断气缸是否已经长时间停止运动的装置，当判断气缸已经长时间停止运动，该装置使制动机构进行几次开-停操作。

在本发明中，由前次驱动中的预计的超过距离Yi-1，在前次驱动期间输出制动信号时的气缸速度Vi-1，和正被驱动的气缸速度Vi，计算当前驱动的预计超过距离Yi，为当前驱动运行考虑了预计超过距离Yi的制动器。此外，由输出制动信号时的气缸的位移Xbp和速度Vbp，以及停止的气缸的位移Xstop，计算输出制动信号时的预计超过距离Yi-1和气缸速度Vi-1，这两个数据将用于计算接下来的驱动。通过以这种方式反复学习，可以得到提高了精度的预计超过距离Yi。

在本发明中，由前次驱动中的预计的超过距离Yi-1，在前次驱动期间输出制动信号时的气缸速度Vi-1，和正被驱动的气缸速度Vi，计算当前驱动的预计超过距离Yi。因此，通过不仅将超过距离而且将气缸速度作为学习控制的输入数据，可以控制气缸的定位。这样便在相当程度上提高了气缸停止精度。

图1是将本发明应用到气缸的一个实施例。

图2是表示本发明的控制方法的流程图。

图1是将本发明应用到气缸的一个实施例。在图1中，前盖2与气缸筒4的左端相连，杆盖1与气缸筒4的右端相连。盖3与杆盖1的右端相连。在杆盖1中形成杆盖腔5，在杆盖1和盖3之间限定盖腔6。在穿过杆盖1和盖3轴向延伸的中心孔中可滑动地容纳了活塞杆7。活塞8固定在活塞杆7的左端部。活塞8可在气缸筒4中滑动配合。位移传感器9位于杆盖腔5中，其位置面对活塞杆7上提供的磁性标度部分。由位移传感器9检测到的信号经电缆(未示出)传送到控制器。

制动机构位于盖腔6中。制动活塞10可在盖腔6的大直径部分中滑动配合。通过来自制动弹簧11的弹力的作用，制动活塞10向右偏置。臂支持器12固定到盖腔6的右端。臂支持器12作为枢轴支持多个制动臂13的右端部。每个制动臂13的右端部的内侧上形成有一个凹口，闸瓦支持器14装配在凹口中。闸瓦15固定到闸瓦支持器14的内侧。闸瓦15的内侧面对活塞杆7的表面。每个制动臂13具有一个装在其左端部的销钉16，滚轮17可旋转地安装在销钉16上。制动活塞10的右端部的内表面形成有截头圆锥形凸轮表面(其右端具有最大的内径)。制动臂13的滚轮17与凸轮表面配合。当由于制动弹簧11的弹力使制动活塞10向右运动时，制动臂13向内转动，并且闸瓦15压向活塞杆7的表面，于是产生制动力。当空气送进形成在制动活塞10的右侧的制动腔18中时，制动活塞10向左运动，消除了制动力。

前盖2形成有前侧端口19，它与气缸筒4中的前侧腔相通。杆盖1形成有杆侧端口20，它与气缸筒4中的杆侧腔相通。前侧端口19通过管路与驱动电磁控制阀21的A端口相联系。类似地，杆侧端口20与驱动电磁控制阀21的B端口相联系。驱动电磁控制阀21的P1端口与压力调整阀23的外侧端口相联系，驱动电磁控制阀21的P2端口与压力调整阀24的外侧端口相联系。盖3中的制动腔18通过管路与制动电磁控制阀22的A端口相联系。制动电磁控制阀22的P端口与压力调整阀24的外侧端口相联系。

在图1所示的位置下，制动腔18中的空气通过制动电磁控制阀22的A端口和R端口释放到大气中，于是通过其它腔中的空气压力和制动弹簧11的弹力进行制动。从气压源25经压力调整阀23和驱动电磁控制阀21的P1端口和A端口向气缸中的前侧腔提供压缩空气。从气压源25经压力调整阀24和驱动电磁控制阀21的P2端口和B端口向气缸的杆侧腔提供压缩空气。这时，活塞8停止运动，作用在活塞8两侧的力基本相等。

当制动电磁控制阀22转换到位置II时，压缩空气从气压源25经压力调整阀24和制动电磁控制阀22的P端口和A端口流进制动腔18，使得取消制动。当驱动电磁控制阀21转换到位置III时，压缩空气从压力调整阀23流进前侧腔，使得活塞8向右运动。当驱动电磁控制阀21转换到位置I时，压缩空气从压力调整阀24流进杆侧腔，使得活塞8向左运动。

图2是表示本发明的气缸定位控制装置的控制方法的流程图。首先将说明流程图中各步骤执行的一些操作。

先说明超过距离的估算。根据输出制动信号的时间，气缸(精确地说是气缸的活塞)的超过距离Y可以分成两部分：输出制动信号的瞬间和启动制动操作(即制动器开始工作)的瞬间之间的制动滞后时间期间超过距离Y1；和已经启动制动操作以后的超过距离Y2。

假定输出制动信号时气缸速度是V，制动滞后时间是t_1ag，则滞后时间期间的超过距离Y1可由下式给出：

y₁＝t_1agV ……(1)

假定制动力是F，负荷是M，并且制动器吸收了气缸的全部动能，那么根据能量守恒定律，已经启动制动操作以后的超过距离Y2由下式给出：

F_Y2＝MV²/2 即 y₂＝MV²/2F ……(2)

因此，可以从等式(1)和等式(2)估算全部超过距离：

Y＝Y₁＋Y₂＝t_1agV＋MV²/2F ……(3)

接下来将说明考虑了气缸速度的预计超过距离的确定方法。

由于气缸被反复驱动(运行)，所以假定考虑前次驱动中的超过距离Yi-1、在前次驱动期间输出制动信号时的气缸速度Vi-1和与气缸速度有关的速度变化确定超过距离。如果我们采用包括高达二次项的泰勒展开，则预计的超过距离Yi由下式给出：

y_{i} = y_{i - 1} + \frac{{dy}_{i - 1}}{{dV}_{i - 1}} (V_{i} - V_{i - 1}) + \frac{d^{2} y_{i - 1}}{2 d {V^{2}}_{i - 1}} {(V_{i} - V_{i - 1})}^{2} - - - - (4)

如果采用等式(3)的超过距离Y，则等式(4)变成下式：

y_{i} = y_{i - 1} + (t_{lag} + \frac{M}{F} V_{i - 1}) (V_{i} - V_{i - 1}) + \frac{M}{2 F} {(V_{i} - V_{i - 1})}^{2} - - - (5)

由于前次驱动中的超过距离Yi-1满足等式(3)，所以得到下式：

y_{i - 1} = t_{lag} V_{i - 1} + \frac{M}{2 F} {V^{2}}_{i - 1} \frac{M}{F} = \frac{2 (y_{i - 1} - t_{lag} V_{i - 1})}{{V^{2}}_{i - 1}} - - - (6)

如果将等式(6)替换进等式(5)，则得到下式：

y_{i} = y_{i - 1} + {\frac{{2 y}_{i - 1}}{v_{i - 1}} - t_{lag}} (V_{i} - V_{i - 1})

+ \frac{(y_{i - 1} - V_{i - 1} t_{lag}) {(V_{i} - V_{i - 1})}^{2}}{{V^{2}}_{i - 1}} - - - - (7)

从等式(7)可以得到预计的超过距离Yi。

接下来将说明制动点的确定。

如果假定停止目标位移(位置)是Xr，并利用等式(7)的预计超过距离Yi，则制动点[将输出制动信号的位移(位置)]bp由下式给出：b_p＝x_r－y_i ……(8)

从等式(8)将会理解，当气缸位移X变成等于制动点bp时，将输出制动信号。然而，由于在预定的取样时间取计数值，所以如果假定取样时间是ts，则对于可以实际取得的位移bp将产生误差tsVi。

为了使误差随位移bp变化，当满足下式(9)时输出制动信号：

\frac{{3 x}_{t} - x_{t - 1}}{2} > x_{r} - y_{i} - - - - (9)

在上述(9)中，Xt是在当前时间取的位移，Xt-1是在紧挨当前时间之前取的位移。假定气缸进行匀速运动，则能够按下式预计紧接当前时间之后的位移Xt*1：

x_t*1＝x_t＋(x_t－x_t-1) ……(10)

由于需要位移Xt比位移Xt*1更接近位移bp，所以必需满足以下等式：

x_t*1－b_p＞b_p－x_t ……(11)

这样，通过重新整理等式(10)和(11)，得到等式(9)。

下面参照图2的流程图说明气缸定位控制装置的控制过程。

当控制程序开始时，在步骤S1判断气缸是否已经长时间停止运动。如果由于例如假期工厂关闭而使得气缸长时间不动，那么制动机构的制动性能改变，导致气缸的停止精度下降。虽然由于气缸长时间停止运动，预计制动性能的改变是困难的，但是已经揭示，通过使制动机构重复进行几次(5或6次)开-停操作，可以将制动性能恢复到停止运动之前的水平。因此，为了弥补由于气缸长时间停止运动而引起的停止精度的下降，所以在步骤S1判断气缸是否已经长时间停止运动。

如果气缸没有长时间停止运动，则过程进入步骤S3，否则如果气缸长时间停止运动，则在步骤S2重复进行几次制动机构的开-停操作，然后过程进入步骤S3。

在步骤S3，接通驱动电磁控制阀21。例如，将驱动电磁控制阀21转换到位置III，于是活塞8开始向右运动。

在步骤S4，由来自位移传感器9的输入信号计算气缸的活塞8的位置X和速度V，并将它们输入至计算机。

在步骤S5，采用上式(7)由前次驱动中的预计的超过距离Yi-1，在前次驱动期间输出制动信号时的气缸速度Vi-1，正被驱动的气缸速度Vi，和制动滞后时间t1ag，计算预计的超过距离Yi。

在步骤S6，采用正被驱动的气缸的位移Xt，紧挨当前时间之前输入的气缸位移Xt-1，气缸停止目标位移Xr，和在步骤S5计算的预计超过距离Yi，判断上式(9)关于符合输出制动信号的条件是否满足。如果等式(9)的条件不满足，过程返回到步骤S4，否则如果条件满足，过程进入步骤S7。

在步骤S7，输出制动信号。此时，制动电磁控制阀22转换到位置II。结果，压缩空气经制动电磁控制阀22的P端口和A端口流入制动腔18，于是启动制动操作。同时，驱动电磁控制阀21返回到位置II。

在步骤S8，取输出制动信号时的气缸的位移Xbp和速度Vbp。

在步骤S9，判断气缸通过制动机构的制动操作是否已经停止运动。如果气缸已经停止，则过程进入步骤S10。

在步骤S10，取停止的气缸的位移Xstop。

在步骤S11，采用在步骤S8和S10所取的数据，计算等式Yi-1＝Xstop-Xbp和等式Vi-1＝Vbp。

采用在步骤S11进行计算的结果作为前次驱动中的超过距离Yi-1和前次驱动期间输出制动信号时的气缸速度Vi-1，这两个数据用于计算接下来的驱动中的预计超过距离。通过以这种方式反复进行学习，可以确定考虑了速度变化的预计超过距离。

在步骤S12输出回位信号。此时，驱动电磁控制阀21转换到位置I，而制动电磁控制阀22也转换到位置I。压缩空气从压力调整阀24经驱动电磁控制阀21的P2端口和B端口以及杆侧端口20流入杆侧腔，压缩空气也从压力调整阀24经制动电磁控制阀22的P端口和A端口流入制动腔18。于是，取消制动机构的制动操作，活塞8向左运动。

在步骤S13，判断气缸是否已经返回到位移X＝0的起始点。如果是的话，则过程进入步骤S14。

在步骤S14，判断是否应终止控制过程。如果是的话，则过程终止，否则过程返回到步骤S3。

Claims

1.一种气缸定位控制装置包括：

(a)取气缸的位移X和速度V的装置；

(d)取输出制动信号时气缸的位移Xbp和速度Vbp的装置；

(e)当气缸已经停止时取气缸的位移Xstop的装置；以及

2.根据权利要求1的气缸定位控制装置，进一步包括紧接在控制操作已经开始之后判断气缸是否已经长时间停止运动的装置，当判断气缸已经长时间停止运动，该装置使制动机构进行几次开-停操作。

3.根据权利要求1的气缸定位控制装置，其中通过采用以下等式并输入滞后时间t1ag，计算预计超过距离Yi：

y_{i} = y_{i - 1} + {\frac{{2 y}_{i - 1}}{V_{i - 1}} - t_{lag}} (V_{i} - V_{i - 1})

+ \frac{(y_{i - 1} - V_{i - 1} t_{lag}) {(V_{i} - V_{i - 1})}^{2}}{{V^{2}}_{i - 1}}

并通过进一步输入正被驱动的气缸的位移Xt，紧挨当前时间之前输入的气缸位移Xt-1，和气缸停止目标位移Xr，采用以下等式计算满足输出制动信号的条件：

(3x_t－x_t-1)/2＞x_r－y_i以及通过采用以下等式进一步计算前次驱动中的预计超过距离Yi-1和前次驱动期间输出制动信号时的气缸速度Vi-1：

y_i-1＝x_stop－x_bp和 V_i-1＝V_bp

4.根据权利要求2的气缸定位控制装置，其中通过采用以下等式并输入滞后时间t_1ag，计算预计超过距离Yi：

y_{i} = y_{i - 1} + {\frac{{2 y}_{i - 1}}{V_{i - 1}} - t_{lag}} (V_{i} - V_{i - 1})

+ \frac{(y_{i - 1} - V_{i - 1} t_{lag}) {(V_{i} - V_{i - 1})}^{2}}{{V^{2}}_{i - 1}}

并通过进一步输入正被驱动的气缸的位移Xt，紧挨当前时间之前输入的气缸位移Xt-1，和气缸停止目标位移Xr，采用以下等式计算满足输出制动信号的条件：(3x_t－x_t-1)/2＞x_r－y_i以及通过采用以下等式进一步计算前次驱动中的预计超过距离Yi-1和前次驱动期间输出制动信号时的气缸速度Vi-1：

y_i-1＝x_stop－x_bp和 V_i-1＝V_bp