一種多級(jí)容腔的氣壓伺服控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高空飛行器氣壓模擬領(lǐng)域，更具體地，涉及一種氣壓伺服控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]空間飛行器在大氣環(huán)境飛行中，將直接受到空間氣壓環(huán)境的影響。采用氣壓伺服控制技術(shù)設(shè)計(jì)飛行器半實(shí)物仿真系統(tǒng)的氣壓模擬設(shè)備，通過空間飛行器飛行高度半實(shí)物仿真，將真實(shí)飛行氣壓環(huán)境引入飛行器研制過程中，可以有效縮短研制周期、降低研制成本，消除產(chǎn)品隱患，確保飛行穩(wěn)定控制。
[0003]氣壓模擬系統(tǒng)實(shí)際上是氣動(dòng)伺服控制技術(shù)的具體應(yīng)用。以氣動(dòng)比例/伺服控制閥為核心組成的氣動(dòng)比例/伺服控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)壓力、流量連續(xù)變化的高精度控制，氣動(dòng)伺服系統(tǒng)具有速度快、成本低、精度高等特點(diǎn)，在很多場(chǎng)合得到應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的氣動(dòng)伺服系統(tǒng)采用單級(jí)容腔系統(tǒng)，在低壓力區(qū)間，真空栗等負(fù)壓源的抽氣特性呈強(qiáng)非線性變化，即容腔內(nèi)壓力在小于lOKPa的區(qū)間范圍內(nèi)，氣壓伺服系統(tǒng)在進(jìn)行負(fù)壓控制時(shí)響應(yīng)速度變慢，再加上控制閥本身也受到壓力的非線性影響，從而導(dǎo)致控制不穩(wěn)定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種氣壓伺服控制系統(tǒng)，其目的在于將被控容腔劃分為兩級(jí)，并分別進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，包括正壓源，被控容腔，控制閥，正壓源，負(fù)壓源，壓力傳感器，控制器以及控制閥，所述被控容腔為前級(jí)容腔和后級(jí)容腔，所述壓力傳感器包括前級(jí)壓力傳感器以及后級(jí)壓力傳感器，所述負(fù)壓源包括前級(jí)負(fù)壓源以及后級(jí)負(fù)壓源，所述控制閥包括前級(jí)控制閥以及后級(jí)控制閥，所述控制閥包括排氣口、負(fù)壓進(jìn)氣口以及正壓進(jìn)氣口；
[0007]所述前級(jí)控制閥的排氣口連接前級(jí)容腔，負(fù)壓進(jìn)氣口連接前級(jí)負(fù)壓源，正壓進(jìn)氣口連接正壓源，所述后級(jí)控制閥的氣壓輸出口連接后級(jí)容腔，負(fù)壓進(jìn)氣口連接后級(jí)負(fù)壓源，正壓進(jìn)氣口連接前級(jí)容腔；所述控制閥用于在排氣口連通負(fù)壓進(jìn)氣口，在排氣口連通正壓進(jìn)氣口以及關(guān)閉這三種狀態(tài)進(jìn)行切換，所述負(fù)壓源和正壓源分別用于在和被控容腔連通時(shí)降低和升高被控容腔的氣壓；
[0008]所述前級(jí)壓力傳感器以及所述后級(jí)壓力傳感器分別用于檢測(cè)所述前級(jí)容腔以及所述后級(jí)容腔的氣壓，并輸送給所述控制器，所述控制器用于根據(jù)所述前級(jí)容腔以及所述后級(jí)容腔的氣壓，對(duì)前級(jí)控制閥以及后級(jí)控制閥分別進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述前級(jí)容腔以及所述后級(jí)容腔的氣壓的控制。
[0009]優(yōu)選地，所述控制器與所述前級(jí)控制閥之間以及所述控制器與所述后級(jí)控制閥之間，連接有D/A轉(zhuǎn)換器，所述D/A轉(zhuǎn)換器用于將所述控制器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；所述前級(jí)壓力傳感器與所述控制器之間以及所述后級(jí)壓力傳感器與所述控制器之間，連接有A/D轉(zhuǎn)換器，所述A/D轉(zhuǎn)換器用于將所述壓力傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0010]優(yōu)選地，所述前級(jí)容腔與所述后級(jí)容腔的體積比為1:3?3:1。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述前級(jí)控制閥為第一前級(jí)控制閥以及第二前級(jí)控制閥，所述第一前級(jí)控制閥以及第二前級(jí)控制閥分別于所述前級(jí)負(fù)壓源與所述正壓源相連。
[0012]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種應(yīng)用該控制系統(tǒng)進(jìn)行氣壓伺服控制的方法，包括以下步驟:
[0013]S1.前級(jí)壓力傳感器以及后級(jí)壓力傳感器分別檢測(cè)所述前級(jí)容腔的氣壓Pi以及所述后級(jí)容腔的氣壓P2，并輸送給控制器；
[0014]S2.所述控制器判斷前級(jí)容腔的氣壓Pi以及所述后級(jí)容腔的氣壓P 2分別與前級(jí)指令氣壓Ii以及后級(jí)指令氣壓12的關(guān)系，并控制前級(jí)控制閥以及后級(jí)控制閥的開關(guān)從而對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)控；
[0015]當(dāng)Pi〉I p P2> I 2時(shí)，前級(jí)控制閥以及后級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及負(fù)壓進(jìn)氣口連通，前級(jí)負(fù)壓源以及后級(jí)負(fù)壓源分別降低前級(jí)容腔和后級(jí)容腔的氣壓，直至Pi= I i，P2 =
工2;
[0016]當(dāng)Pi> I ^ P2= I 2時(shí)，前級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及負(fù)壓進(jìn)氣口連通，前級(jí)負(fù)壓源降低前級(jí)容腔的氣壓，直至Pi= Ii，P2= 12;
[0017]I P2> I 2時(shí)，后級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及負(fù)壓進(jìn)氣口連通，后級(jí)負(fù)壓源降低后級(jí)容腔的氣壓，直至Pi= Ii，P2= 12;
[0018]當(dāng)PiS I ρ P2< I 2時(shí)，前級(jí)控制閥以及后級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及正壓進(jìn)氣口連通，正壓源以及前級(jí)容腔分別升高前級(jí)容腔和后級(jí)容腔的氣壓，直至P2= 12，返回S1 ;
[0019]當(dāng)Pi< I ρ P2= I 2時(shí)，前級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及正壓進(jìn)氣口連通，后級(jí)控制閥關(guān)閉，正壓源升高前級(jí)容腔的氣壓，直至Pi= I 1；
[0020]當(dāng)Pi> I ρ P2< 12時(shí)，前級(jí)控制閥關(guān)閉，后級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及正壓進(jìn)氣口連通，前級(jí)容腔升高后級(jí)容腔的氣壓，直至Pi= I iSP2= ι2，返回si;
[0021]當(dāng)Pi< I i，P2> I 2時(shí)，前級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及正壓進(jìn)氣口連通，后級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及負(fù)壓進(jìn)氣口連通，正壓源升高前級(jí)容腔的氣壓，后級(jí)負(fù)壓源降低后級(jí)容腔的氣壓，直至Pi= I iSP2= 12，返回si ;
[0022]Ξ=| P1= I !，P2= I 2，te制結(jié)束。
[0023]優(yōu)選地，VI2S1.1 ?1.5。
[0024]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于利用多個(gè)控制閥分別實(shí)現(xiàn)被控容腔前后級(jí)的抽氣調(diào)節(jié)，能夠取得下列有益效果:
[0025]1、將被控容腔劃分為前級(jí)和后級(jí)，分別進(jìn)行控制，與單級(jí)容腔相比，壓力的變化更加穩(wěn)定，從而減少了控制閥誤切換的可能性；
[0026]2、將被控容腔劃分為前級(jí)和后級(jí)，分別進(jìn)行負(fù)壓控制，降低了在低壓力區(qū)間時(shí)負(fù)壓控制的難度，使得反饋速度變快，實(shí)現(xiàn)了壓力的高精度高響應(yīng)實(shí)時(shí)控制；
[0027]3、前級(jí)容腔作為后級(jí)容腔的正壓源，建立了前后容腔的氣壓關(guān)系，以消除后級(jí)容腔中的非線性影響，保證了整個(gè)控制系統(tǒng)氣壓的控制平衡。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明氣壓伺服控制系統(tǒng)示意圖；
[0029]圖2為實(shí)施例1氣壓伺服控制系統(tǒng)示意圖；
[0030]圖3為實(shí)施例1氣壓伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0031]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:11_前級(jí)控制閥，12-后級(jí)控制閥，2-正壓源，31-前級(jí)負(fù)壓源，32-后級(jí)負(fù)壓源，4-高精度壓力傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0033]本發(fā)明提供了一種氣壓伺服控制系統(tǒng)，包括正壓源，被控容腔，控制閥，正壓源，負(fù)壓源，壓力傳感器，控制器以及控制閥，所述被控容腔為前級(jí)容腔和后級(jí)容腔，所述壓力傳感器包括前級(jí)壓力傳感器以及后級(jí)壓力傳感器，所述負(fù)壓源包括前級(jí)負(fù)壓源以及后級(jí)負(fù)壓源，所述控制閥包括前級(jí)控制閥以及后級(jí)控制閥，所述控制閥包括排氣口、負(fù)壓進(jìn)氣口以及正壓進(jìn)氣口 ；所述前級(jí)控制閥的排氣口連接前級(jí)容腔，負(fù)壓進(jìn)氣口連接前級(jí)負(fù)壓源，正壓進(jìn)氣口連接正壓源，所述后級(jí)控制閥的氣壓輸出口連接后級(jí)容腔，負(fù)壓進(jìn)氣口連接后級(jí)負(fù)壓源，正壓進(jìn)氣口連接前級(jí)容腔；所述控制閥用于在排氣口連通負(fù)壓進(jìn)氣口，在排氣口連通正壓進(jìn)氣口以及關(guān)閉這三種狀態(tài)進(jìn)行切換，所述負(fù)壓源和正壓源分別用于在和被控容腔連通時(shí)降低和升高被控容腔的氣壓；如圖1所示。通常，控制閥存在多個(gè)氣口，在實(shí)際使用時(shí)，需要將非工作氣口堵塞，以免氣壓沖擊引起的誤切換。
[0034]所述前級(jí)壓力傳感器以及所述后級(jí)壓力傳感器分別用于檢測(cè)所述前級(jí)容腔以及所述后級(jí)容腔的氣壓，并輸送給所述控制器，所述控制器用于根據(jù)所述前級(jí)容腔以及所述后級(jí)容腔的氣壓，對(duì)前級(jí)控制閥以及后級(jí)控制閥分別進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述前級(jí)容腔以及所述后級(jí)容腔的氣壓的控制；所述前級(jí)容腔與所述后級(jí)容腔的體積比為1:3?3:1，以保證整個(gè)氣壓伺服系統(tǒng)的氣壓控制均衡，其中，當(dāng)前級(jí)容腔與所述后級(jí)容腔的體積大致相等時(shí)，效果最優(yōu)。
[0035]所述控制器與所述前級(jí)控制閥之間以及所述控制器與所述后級(jí)控制閥之間，連接有D/A轉(zhuǎn)換器，所述D/A轉(zhuǎn)換器用于將所述控制器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；所述前級(jí)壓力傳感器與所述控制器之間以及所述后級(jí)壓力傳感器與所述控制器之間，連接有A/D轉(zhuǎn)換器，所述A/D轉(zhuǎn)換器用于將所述壓力傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0036]其中，所述前級(jí)控制閥還可以分為第一前級(jí)控制閥以及第二前級(jí)控制閥，所述第一前級(jí)控制閥以及第二前級(jí)控制閥分別于所述前級(jí)負(fù)壓源與所述正壓源相連，用兩個(gè)電氣比例閥分別對(duì)正壓源和負(fù)壓源進(jìn)行控制，可以避免壓力沖擊對(duì)電壓比例閥產(chǎn)生的沖擊從而導(dǎo)致誤切換。
[0037]應(yīng)用該控制系統(tǒng)進(jìn)行氣壓伺服控制的方法，包括以下步驟:
[0038]S1.前級(jí)壓力傳感器以及后級(jí)壓力傳感器分別檢測(cè)所述前級(jí)容腔的氣壓Pi以及所述后級(jí)容腔的氣壓P2，并輸送給控制器；
[0039]S2.所述控制器判斷前級(jí)容腔的氣壓Pi以及所述后級(jí)容腔的氣壓P 2分別與前級(jí)指令氣壓Ii以及后級(jí)指令氣壓12的關(guān)系，并控制前級(jí)控制閥以及后級(jí)控制閥的開關(guān)從而對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)控；
[0040]當(dāng)Pp I ρ P2> I 2時(shí)，前級(jí)控制閥以及后級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及負(fù)壓進(jìn)氣口連通，前級(jí)負(fù)壓源以及后級(jí)負(fù)壓源分別降低前級(jí)容腔和后級(jí)容腔的氣壓，直至Pi= I i，P2 =I2;
[0041]當(dāng)Pi> I ^ P2= I 2時(shí)，前級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及負(fù)壓進(jìn)氣口連通，前級(jí)負(fù)壓源降低前級(jí)容腔的氣壓，直至Pi= Ii，P2= 12;
[0042]I ρ P2> I 2時(shí)，后級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及負(fù)壓進(jìn)氣口連通，后級(jí)負(fù)壓源降低后級(jí)容腔的氣壓，直至Pi= Ii，P2= 12;
[0043]當(dāng)PiS I ρ P2< I 2時(shí)，前級(jí)控制閥以及后級(jí)控制閥的氣壓輸出口以及正壓進(jìn)氣口連通，正壓源以及前級(jí)容腔分別升高前級(jí)容腔和后級(jí)容腔的氣壓，直至P