专利名称：气缸定位控制装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及把反复动作的气缸停止在目标位置上的气缸定位控制装置。
以往，已知的气缸定位控制装置备有对活塞杆进行制动的制动机构，和检测该活塞杆位置的位置传感器，仅在未超程距离中用选取气缸速度的学习控制进行气缸的定位，通过控制活塞杆的移动，在目标位置使气缸停止(参照特开平8-210302号公报)。
在使用以往的气缸定位控制装置进行定位的情况下，活塞离目标位置较近时，不是由背压进行减速，而是使制动机构动作，进行直接制动(用直接制动方式)，使活塞停止。这种直接制动方式，由于利用制动片与活塞杆之间的滑动摩擦进行活塞的减速和停止，因而制动力较大，在高速大负荷的情况下会产生大的冲击。这种冲击不仅使活塞的动作稳定性恶化，而且使制动片和活塞杆的寿命变短，成为大噪音的原因。
本发明的课题是在气缸定位控制装置中，使活塞停止时，用背压作用使气缸减速，然后进行制动，从而防止制动时的冲击发生。
为完成上述课题，本发明的气缸位置控制装置备有配备下列A～F装置的第一种结构A.输入经验值作为背压减速行程Spb及时间延迟Tv的初始值的装置；B.输出活塞前进或后退指令信号的装置；C.输入活塞位移X和速度V的装置；D.利用式[Xp(k)＝目标位置Xd-V(Tvr+Ttr)-Spb(K)的预测值]，确定输出背压指令信号的位置Xp(K)的装置，其中，Tvr为电磁阀的响应时间，Ttr为从电磁阀至气缸的压力传送时间；E.判断活塞的位移X是否满足受背压作用的位置的条件X≥Xp(k)，并在满足所述条件时输出背压指令信号的装置；F.判断背压指令信号输出后经过的时间T和时间延迟Tv是否满足T≥Tv的条件，并在满足所述条件时输出制动信号的装置。
为完成上述课题，本发明的气缸定位控制装置具有配备下列A-K装置的第二种结构A.输出活塞前进或后退指令信号的装置；B.输入活塞位移X和速度V的装置；C.确定发出背压指令信号的位置Xp(k)的装置；D.判断活塞的位移X是否满足受背压作用的位置的条件X≥Xp(k)，并在满足所述条件时输出背压指令信号的装置；E.满足条件X≥Xp(k)时输入检测的速度Vp(k)的装置；F.判断背压指令信号输出后经过的时间T和时间延迟Tv是否满足T≥Tv的条件，并在满足所述条件时输出制动信号的装置；G.输入活塞停止后位移最大值Xm、活塞停止位置Xs的装置；H.活塞复原后判断周期动作是否结束，并在周期动作未结束时，确定制动误差Se的装置；I.按模糊推理确定精确值ΔTv(k)的装置；J.使用由I装置得到的ΔTv(k)，按照Tv(k+1)＝Tv(k)+ΔTv(k)，修正下次时间延迟Tv的装置；K.运算下次的背压减速行程Spb的预测值的装置。
本发明的上述气缸定位控制装置的第3种结构，使用下列式(a)和(b)确定制动误差Se、使用下列式(c)确定发出背压指令信号的位置Xp(k)、使用图8所示式(6)确定精确值ΔTv(k)，Se＝Xv-XmXs＝XmSe＝Xm-XsXs＜Xm(a)Xv＝Xp+Vp(Tvr+Ttr)+Vp(Tv-Tvr-Ttr+Tr)/2(b)Xp(k)＝目标位置Xd-V(Tvr+Ttr)-Spb(k)的预测值 (c)其中，Tr为制动空载时间，为Tvr、Ttr与Tbr的和，Tvr为电磁阀的响应时间，Ttr为自电磁阀至气缸的压力传送时间，Tbr为制动装置的空载时间，式(6)中的L(*)和F(*)分别为ΔTv的输出区域的三角形底边长度和重心的横坐标。
图1表示本发明实施例的定位系统的结构图。
图2表示本发明实施例的活塞位移与电磁阀的工作关系的示意图。
图3表示本发明实施例的直接制动与背压减速制动的运动特性的比较图。
图4表示有关本发明实施例的非理想Tv值时的二种制动效果的示意图。
图5表示模糊推断输入输出变量的从属度函数。
图6表示本发明实施例的系统流程图。
图7表示有关本发明实施例中与学习重复相伴随的误差变化的示意图。
图8表示有关本发明实施例的一部分表达式。
图1表示将本发明用于气缸10的实施例。图1中，气缸10的前端配有制动装置(制动装置)13，气缸10中配合着滑动自如的活塞11。连接在活塞11上的活塞杆12穿过制动装置13内部，并且在活塞杆12的前端连接着惯性负荷14。气缸10的内部被活塞11划分为压力侧室16和背压室(杆侧室)17，压力侧室16通过管道50与电磁阀A的A端口连通。在管道50中配置着第一调速器23。同样地，背压室17通过管道51与电磁阀B的A端口连通，在管道51中配置着第二调速器24。电磁阀A的P端口与驱动用减压阀19的流出端口连通，电磁阀B的P端口及驱动用减压阀19的流入侧端口与空气压力源22连通。制动装置13中有未图示的工作室(气缸室)和非工作室，工作室通过管道52与制动用电磁阀C的A端口连通，非工作室通过管道53与电磁阀C的B端口连通。电磁阀C的P端口与制动用减压阀20的流出侧端口连通，制动用减压阀20的流入侧端口与空气压力源22连通。利用位置检测器26连续检测活塞11的位置，位置检测器26的输出通过布线向信号处理装置27输入，信号处理装置27的输出向计算机28输入。计算机28的输出由放大器29放大后传送给电磁阀A～C。
图1所示的位置中，制动装置13的工作室经电磁阀C的A端口向大气排气，来自空气压力源22的压缩空气经制动用减压阀20，电磁阀C的P端口、B端口流入制动装置13的非工作室中，此时，制动器呈非制动状态，由于气缸10的压力侧室16及背压室17与大气连通，使活塞11停止，作用于活塞11两侧上的力约为大气压。
用图1、图2对气缸10的工作进行说明。如果向电磁阀A的控制部分送入开关控制信号(电磁阀开通信号)，电磁阀A就从位置I变换成位置II，由驱动用减压阀19减压后的压缩空气通过电磁阀A的P端口、A端口、管道50流入气缸10的压力侧室16。气缸10的背压室17内的空气经管道51、调速器14、电磁阀B的A端口、R端口向大气排出，使活塞11前进。活塞11的位移X由位置检测器26检侧，如后文所述，输出背压指令信号的活塞位移xp设定为电磁阀B的控制信号。因此，若计算机28判断出x≥xp，就从计算机28向电磁阀B的控制部分传送开通信号，使电磁阀B从位置I切换到位置II。通过电磁阀B的切换，来自空气压力源22的未减压的压缩空气经电磁阀B的P端口、A端口和管道51流入气缸10的背压室17。此时，由于电磁阀A维持在位置II，流入背压室17的压缩空气对活塞11进行反压作用，使活塞11的前进运动减速。
从操作电磁阀B开始经过时间Tv后，活塞11的速度大致减速到零时，从计算机28向电磁阀C的控制部分传送开通信号，使电磁阀C由位置I切换到位置II。如果电磁阀C切换到位置II，那么用减压阀20减压的压缩空气经电磁阀C的P端口、A端口、管道52流入制动装置13的工作室，制动片以极低的速度夹紧移动的活塞杆，实现稳定的制动。而且，本发明中，采用自学方法随时修正活塞位移Xp，使活塞11的定位误差降低。再有，利用模糊推断随时修正滞后时间Tv，使活塞11的速度接近零时加以制动。
图3表示没有背压作用的直接制动和利用背压作用使之减速后进行制动的背压减速制动。如上所述，活塞11进入稳定的前进运动后，如果把电磁阀门B从位置I切换到位置II，背压室17就会从排气状态变为供气状态，活塞11的力平衡受到破坏，活塞11的速度下降到零。由图3可知，背压减速制动的过程与直接制动的过程相比，速度及加速度的变化平滑，利用背压减速制动可极大地改善活塞11的运动稳定性，可避免制动片与活塞杆表面的冲击。
下面，说明利用背压减速制动实现定位所必要的背压减速过程的特性。作为表示特性的参数，有背压减速过程的行程(距离)Spb、时间Tpr。而且，在从背压上升开始时刻至活塞11的速度减至零的时刻的过程中，Spb为活塞11移动的距离，Tpr为该过程的时间。作为Spb和Tpr的影响因素，主要考虑惯性负荷M、稳定速度V∞及背压开始位置Xvs(背压作用时活塞11的位置)。再有，Xvs是背压作用时所表现出的气缸10的压力侧室16与背压室17的容积关系。
Spb和Tpr作为上述3个影响因素的函数，可用下式表示Spb＝Fs(M、V∞、Xvs) (1)
Tpr＝FT(M、V∞、Xvs) (2)这两个函数，由于复杂而较难把握，所以只能使用模糊推理和自学对此未知过程进行控制。
下面，说明使用模糊推理的模糊制动、考察背压减速过程，如果能正确地预测实际的减速时间Tpr，则可按下式求出时间延迟Tv的理想值，即Tv＝Tpr-Tbr(3)这里，Tbr为制动装置的空载时间(一定值)。为简单起见，使电磁阀B和电磁阀C的响应时间相等，都为Tvr，并使从电磁阀B至气缸10的背压室17的管道51中的压力传送时间与从电磁阀C至制动装置13的工作室(气缸室)的管道52中的压力传送时间相等，都为Ttr。由Tpr是未知的，所以这里利用模糊推理得到其值。模糊推理是对输入与输出间的关系不精确或未知的控制对象，通过利用经验值确立模糊推理规则，建立起输入与输出间的关系的智能控制方法。
研讨非理想的时间延迟为Tv值时的减速制动结果，然后根据控制目标，确立模糊推理的输入输出变量。
在Tv小于理想值，即Tv的预测值小的情况下，在减速过程中发生制动，从而产生一定的制动距离。相反，在Tv大于理想值，即Tv的预测值大的情况下，由于制动比活塞11的停止晚，不仅对位置的维持不利，而且目标位置离活塞11的行程末端越近，越容易发生因背压的瞬间上升引起的活塞11的弹回现象(bound)。图4表示这两种制动结果的概念图。其中，制动点用Xv、减速制动过程的最大位移用Xm、停止点用Xs表示。而且，情况2中，到达最大位移点Xm后返回后才停止。
由此，模糊推理的输入变量由下式决定Se＝Xv-XmXs＝XmSe＝Xv-XsXs＜Xm(4)模糊推理的目的是使制动误差Se收敛。式(4)中的Xv可通过活塞位移Xp的检测如下求得。
Xv＝Xp+Vp(Tvr+Ttr)+Vp(Tv-Tvr-Ttr+Tr)/2 (5)其中，Tr是制动空载时间，为Tvr、Ttr与Tbr的和。
背压减速过程的时间Tpr为模糊推理的目标值。由于ΔTv与ΔTpr相等，所以由
ΔTv决定模糊推理的输出变量。如果考虑Se与ΔTv的关系，则在第K次的动作中，若Se为负，就意味着Tv比较小，所以在第K+1次的动作中，必须增大Tv。也就是说，ΔTv必须变为正的。反之亦然。
模糊变量及模糊规则如下定义。
NB负大 R1＝假设Se为NB，ΔTv就为PB。
NS负小 R2＝假设Se为NS，ΔTv就为PS。
ZR零R3＝假设Se为ZR，ΔTv就为ZR。
PS正小 R4＝假设Se为PS，ΔTv就为NS。
PB正大 R5＝假设Se为PB，ΔTv就为NB。
如图5所示，各模糊变量的从属度函数全都采用三角波形函数。模糊规则及从属度函数是依据专家的经验确定的。这也是模糊控制的特征。本发明所用专家经验，是依据预备实验数据，根据控制效果通过反复修正参数得到的。
本发明的模糊推理由质量重心法确定。该方法属于连续模糊控制的一种，具体的操作如下。也就是说，对于第K次动作后得到的Se，利用Se输入区域的从属度函数，确定一个或两个模糊变量的拟合优度f(*)(即纵轴座标值的范围为0～1)，而且利用模糊规则在输出区域反映拟合优度，得到一个或两个同样高度的阴影三角形(参照图5)。阴影三角形的面积即为所谓的“质量”。通过求出这些阴影三角形总重心的横座标，得到模糊推理的输出变量的精确值ΔTv。并且，使用该值修正Tv，进行K+1次的动作。这种方法计算简单、输入输出关系清楚。计算式为图8中的式(6)。但是，L(*)和F(*)分别为ΔTv输出区域三角形的底边长度和重心的横坐标。下面举出一例。Se＝1.0时，利用从属度函数，f(ZR)约为0.33，f(PS)变为0.67。可按图8中的式(6-1)求出对应的阴影三角形的重心。
下面，说明由学习控制进行的学习定位。为了研讨背压减速过程的学习定位，将背压减速过程分为背压减速反应阶段和背压减速阶段这样二个阶段。活塞在这两个阶段中的行程分别为Spa、Spb。背压减速过程的位移超程量变为Sp＝Spa+Spb (7)Spa可利用下式(8)求出Spa＝(Tvr+Ttr)·Vp (8)
由于Sp式中仅Spb是未知的，所以Spb成为背压减速学习控制的目标对象。学习控制器可按式(8)-(12)设计。此外，式(11)及式(12)为图8中所示的(11)及(12)。
S’pb(k)＝Xm(k)-Xp(k)-Spa(k) (9)Spb(k)＝S’pb(k)-λ·Se Se＜0Spb(k)＝S’pb(k) Se≥0(10)由于考虑到减速过程中的制动对Spb预测产生的影响，导入补偿因子λ对因制动引起的行程缩短部分进行补偿。由于对定位误差的收敛速度未产生影响，所以，λ的值一般选得较大。特别是在Spb的初始值与实际值相差较大的情况下，通常取λ为2～5。
与直接制动定位相比，背压减速制动定位收敛迟缓，到收敛结束，通常需要3～5次的学习。图7中示出了在单一目标点的周期动作中，模糊制动与学习定位的收敛过程。由图7可知，制动误差Se与定位误差e经数次学习收敛，保持一定。这样，就可能且有效地通过利用模糊推理及自学的背压减速制动进行定位控制。
下面，参照图6中的流程图，对气缸定位控制装置的控制进行说明。
控制程序一开始，在步骤S1中，判断气缸10的活塞11是否长时间停止。活塞11长时间停止时，静摩擦力小，为了使电磁阀B·C的响应时间Tvr和制动装置13的空载时间Tbr稳定，使制动装置13预先进行2次动作后开始工作。所述Tvr、Tbr及由电磁阀B·C至气缸的压力传送时间TCt使用事先的测定值。
在步骤S1中，若判断出活塞11未长时间停止时，就进入步骤S3，若判断出长时间停止时，就在步骤S2中进行2次制动装置13的开通、关闭动作，然后进入步骤S3。
在步骤S3中，确定背压减速的Spb及时间延迟Tv的初始值。作为Spb及Tv的初始值，考虑目标位置和负荷，使用与收敛值相近的经验值。
在步骤S4中，输出电磁阀A开通的信号，使活塞前进。在上次的复原状态下，电磁阀B开通时使电磁阀B关闭。在图1所示的状态下，使电磁阀A切换到开通的位置II，由于电磁阀B·C处于保持关闭的位置I，所以活塞11开始前进。
在步骤S5中，根据来自检测器26的输入信号，以0.5ms的采样周期检测活塞位移X，经微分得到速度v，并向计算机28输入。
在步骤S6中，确定输出背压指令信号的位置Xp(k)。已知图8中的式(13)的右边最后项，在可连续检测速度V的条件下，利用式(8)和式(12)可求出图8中的式(13)[Xp(k)＝目标位置Xd-V(Tvr+Ttr)-Spb(k)的预测值]。由于图8中的式(14)表示电磁阀B从开通至活塞11停止的活塞11的行程，如果图8中的式(13)的右边最后项(预测值)接近实际值，那么就能在位置Xp(k)使电磁阀B开通，在目标位置Xd使活塞11停止。
在步骤S7中，判断活塞位移X是否满足受背压作用的位置条件X≥Xp(k)。不满足这个条件时就返回步骤S5，满足该条件时就进入步骤S8。
在步骤S8中，输出背压指令信号(电磁阀B开通)。此时，电磁阀B从开通位置I切换到位置II，压缩空气流入气缸10的背压室17，活塞11的前进运动由于背压的作用而减速。
在步骤S9中，满足条件X≥Xp(k)时检测的速度V为Vp(k)，将其读取并输入到计算机中。在spb(k+1)的预测中使用Vp(k)(参照式(8)和(9))。
在步骤S10中，判断背压指令信号输出后的经过时间T和时间延迟Tv是否满足T≥Tv的条件。不满足该条件时就返回步骤S10，满足该条件时(活塞11的速度约减速到零时)就移到步骤S11。
在步骤S11中，输出制动信号，电磁阀C从位置I切换到位置II，压缩空气流入制动装置13的工作室，用制动片夹紧活塞杆。
在步骤S12中，判断1秒内位移的采样值是否相等、判断活塞是否停止。未停止(所述采样值不相等)时返回步骤S12，停止(所述采样值相等)时移至步骤S13。
在步骤S13中，检测位移采样值的最大值Xm及活塞停止位置Xs，向计算机读取输入该数据。利用这些值和(4)，计算制动误差Se。
在步骤S14中，发出活塞的复原信号。复原信号是使电磁阀A及C开通的信号，利用该信号，电磁阀A及C有时从位置II切换到位置I，电磁阀B维持在位置II(开通)，活塞11后退。
在步骤S15中，判断活塞11是否复原，也就是说判断是否是活塞的位移X＝0。未满足此条件时返回步骤S15，满足该条件时移入步骤S16。
在步骤S16中，判断周期动作是否结束，亦即判断活塞11的停止位置是否处于目标位置。周期动作结束时向结束移动，周期动作未结束时转移到步骤S17。此外，在本发明中，周期动作作为模糊推理和自学控制的前提，经过几次周期动作达到目标值。
在步骤S17中，利用式(4)和(5)确定制动误差Se。这是本发明的模糊推理的关键，具有重要意义。由于Se受延迟时间Tv的影响非常大，所以如果Tv的值是理想的，便立刻用Se来表示。因此，修正Tv值的目的在于使Se向零收敛。Se向零收敛就保证了制动的稳定性。Xm＝Xs时，由于用式(5)计算的Xv并不是实际的制动点，所以在这种情况下，因Tv值的不合适，对Se的影响会变大。
在步骤S18中，根据模糊推理确定精确值ΔTv。也就是说，用图8的式(6)，根据Se的值确定ΔTv。Se不变为零，就意味着Tv的值不合适。亦即，Tpr的预测值不精确。模糊推理的目的在于使Se向零收敛、获得Tpr的实际值。
在步骤S19中，使用从上次K动作得到的ΔTv，按式[Tv(K+1)＝Tv(k)+ΔTv(K)]修正下次K+1的时间延迟。
在步骤20中，根据式(9)、(10)、(11)，运算下次背压减速的行程Spb。
本发明第一方面所述的内容中，使活塞前进，在最佳位置向活塞施加背压减速，活塞速度接近零时进行制动使其停止。因此，活塞的运动极其稳定，可完全防止伴随停止的冲击，能实现活塞的稳定制动。
本发明第二方面及第三方面所述的内容中，根据模糊推理随时修正确定制动信号输出的时间延迟Tv，使活塞在制动前以接近零速度减速。与此同时，利用自学方法随时修正输出背压指令信号的活塞位移Xp，使活塞的定位误差逐渐减至最小。因而，可实现高精度的定位。
权利要求
1.一种气缸定位控制装置，由下列A至F装置构成A.输入经验值作为背压减速行程Spb及时间延迟Tv的初始值的装置；B.输出活塞前进或后退指令信号的装置；C.输入活塞位移X和速度V的装置；D.利用式[Xp(k)＝目标位置Xd-V(Tvr+Ttr)-Spb(K)的预测值]，确定输出背压指令信号的位置Xp(K)的装置，其中，Tvr为电磁阀的响应时间，Ttr为从电磁阀至气缸的压力传送时间；E.判断活塞的位移X是否满足受背压作用的位置的条件X≥Xp(k)，并在满足所述条件时输出背压指令信号的装置；F.判断背压指令信号输出后经过的时间T和时间延迟Tv是否满足T≥Tv的条件，并在满足所述条件时输出制动信号的装置。
2.一种气缸定位控制装置，由下列A至K装置构成A.输出活塞前进或后退指令信号的装置；B.输入活塞位移X和速度V的装置；C.确定发出背压指令信号的位置Xp(k)的装置；D.判断活塞的位移X是否满足受背压作用的位置的条件X≥Xp(k)，并在满足所述条件时输出背压指令信号的装置；E.满足条件X≥Xp(k)时输入检测的速度Vp(k)的装置；F.判断背压指令信号输出后经过的时间T和时间延迟Tv是否满足T≥Tv的条件，并在满足所述条件时输出制动信号的装置；G.输入活塞停止后位移最大值Xm、活塞停止位置Xs的装置；H.活塞复原后判断周期动作是否结束，并在周期动作未结束时，确定制动误差Se的装置；I.按模糊推理确定精确值ΔTv(k)的装置；J.使用由I装置得到的ΔTv(k)，按照Tv(k+1)＝Tv(k)+ΔTv(k)，修正下次时间延迟Tv的装置；K.运算下次的背压减速行程Spb的预测值的装置。
3.根据权利要求2所述的气缸定位控制装置，其特征在于该控制装置使用下列式(a)和(b)确定制动误差Se、使用下列式(c)确定发出背压指令信号的位置Xp(k)、使用图8所示式(6)确定精确值ΔTv(k)，Se＝Xv-Xm Xs＝XmSe＝Xm-Xs Xs＜Xm (a)Xv＝Xp+Vp(Tvr+Ttr)+Vp(Tv-Tvr-Ttr+Tr)/2(b)Xp(k)＝目标位置Xd-V(Tvr+Ttr)-Spb(k)的预测值 (c)其中，Tr为制动空载时间，为Tvr、Ttr与Tbr的和，Tvr为电磁阀的响应时间，Ttr为自电磁阀至气缸的压力传送时间，Tbr为制动装置的空载时间，式(6)中的L(*)和F(*)分别为ΔTv的输出区域的三角形底边长度和重心的横坐标。
全文摘要
本发明的气缸定位控制装置备有:A.输入经验值作为背压减速行程S
文档编号F15B9/09GK1195744SQ97121590
公开日1998年10月14日 申请日期1997年10月31日 优先权日1996年11月1日
发明者赵彤, 蔡茂林 申请人:Smc株式会社