气动技术发展综述

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前言：气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。由于气动系统是以压缩空气作为工作介质，具有防火、防爆、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，成本低廉，传动速度快，较高功率质量比，无污染，设计简单，工作可靠，使用和维护方便等一系列优点，气动技术被广泛应用于现代工业生产的各个领域。本文主要介绍了气动技术的发展史、研究现状和发展趋势做了简要介绍。

关键词：气动技术 研究现状 发展趋势

1、气动技术的发展史

人们利用空气能量完成各种工作的历史可以追溯到远古时代，早在公元前,埃及就开始利用风箱产生压缩空气用于助燃.但作为气动技术应用的雏形，大约开始于1776年John Wilkinson发明能够产生1个大气压左右的空气压缩机，使压缩空气的应用不断推广。1880年，美国的威斯汀豪斯第一次利用气缸做成气动刹车装置，并将其成功应用到火车的刹车制动装置上，显示了气压传动简单、快速、安全、可靠的特点，开创了气压传动的工程应用。二十世纪三十年代初，气动技术成功地应用于自动门的开闭以及各种机械的辅助动作上。进入到六十年代尤其是七十年代初，随着工业机械化和自动化的发展，气动技术才广泛应用在生产自动化的各个领域，如机械、运输、化工、医药、纺织、电子、电气、食品、包装、印刷、轻工、汽车、生物工程等行业，成为现代控制中不可缺少的关键技术之一。气动技术被广泛应用于一般产业中的自动化、省力化,则是近十几年的事情。

2、气动技术的研究现状

近年来，随着现代控制理论和微电子技术，尤其是计算机技术的发展，促进了电子技术与气动技术的结合，使得气动领域中执行元件和控制元件的性能有了很大的发展。气缸的润滑和摩擦特性显著提高，动态和静态特性更优、响应速度更快的控制阀进入市场，它们与传感器技术相结合，使气动技术呈现出新的生机和活力。特别是现代控制理论的研究以及智能控制理论研究成果的应用又使气动伺服技术的研究上升到了一个新的水平，采用复杂的控制技术解决强非线性气动伺服系统存在的问题成为新的发展方向。

科学研究与技术水平的提升，带动了气动技术的前进。近十年来，随着社会能源问题、环境问题的突显，气动技术再一次成为人们的研究热点。作为气动技术中两大重要研究内容的位置伺服控制和压力伺服控制，研究人员更是倾注了很大的时间和精力。经过多年的研究，通过不断提高执行元件、控制元件精度以及改变控制策略，气缸的精确定位和工作压力精确输出能力都得到了长足进步。但是，气动伺服系统本身固有的缺陷，使得控制精度和稳定性都难以达到理想的控制状态，限制了进一步应用和发展。因此，对气动伺服系统进行深入研究，采取合适的控制策略，提高气动系统的定位精度和输出压力精度，具有重要的研究价值和现实意义。

气动伺服技术是在五十年代后期由Shearer等人在美国麻省理工学院开始进行研究，并将其应用于航天飞行器及导弹姿态控制和飞行稳定性控制系统中，这为后来的研究与开发奠定了基础。气动伺服控制系统研究也产生了两个明显的分支：一个是用于航天的高压气动伺服系统，另一个是一般工业应用中的低压(低于lObar)气动伺服系统。前一种由于在高温高压条件下，气压伺服系统类似液压伺服系统，具有较高的固有频率，控制比较容易实现，系统控制效果良好。但是对于第二种，在一般的工业应用中由于工作压力较低，气动伺服系统明显地暴露出固有频率低、阻尼小、时滞大、严重非线性和刚度差等弱点，用传统的古典控制方法和模拟调节器很难达到理想的控制效果，因此气压伺服系统的应用受到了很大的限制。

3、气动技术的发展趋势

1）小型化。在有些使用气动的场合，由于空间有限，要求气动元件满足在有限的空间安装的要求，所以小型化是主要趋势。微型气动元件应用广泛，用于电子制造业及机械加工，而且用于制药业、医疗技术等。2）精确化。在有些使用气动的场合，不但要求气动执行元件有足够的压力,而且要求速度均匀、可调、在负载变化时反应灵敏并保持运动平稳。普通气缸的特点是动作快,但速度不易控制,会出现“爬行”和“自走”等现象,难以满足这些要求;而液压缸的特点是动作较慢,但稳定性好，所以现在要求设计出把二者优点综合的气动缸，使其速度快并运动平稳。3）智能化。智能气动是指具有集成微处理器, 并具有处理指令和程序控制功能的元件或单元。最典型的智能气动是内置可编程控制器的阀岛, 以阀岛和现场总线技术的结合实现的气电一体化是目前气动技术的一个发展方向。

4、总结

气动技术是一门综合技术。既涉及到传动技术，又涉及到控制技术。气动技术未来几年的主要发展方向主要还是在器件的小型化、精确化、智能化等方面。可以预见气动技术将得到更大的发展并在现代工业生产中得到更广泛的应用。

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能动院  机械电子工程 王才才 122080202004