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气动旋转位置伺服控制技术的研究
中文名称: 气动旋转位置伺服控制技术的研究
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论文编号: 3121759收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Research on Pneumatic Rotation Position Servo Control Technology
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 机械制造及其自动化
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 气动位置伺服系统 比例流量阀 摆动气缸 Takagi-Sugeno模糊模型 非线性补偿 气动技术 气动
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论文简介:气动技术因其特有的优点而广泛应用于自动化生产的各个领域,由于实际的需求和技术的推动,促使其向更精密的伺服控制方向发展。但是,由于气动伺服系统的强非线性,对其实现高精度的有效控制一直是个难题。迄今为止,学者们主要针对气动直线位置伺服控制进行了大量的研究,而对气动旋转位置伺服控制的研究很少。在工业自动化和机器人领域,存在大量的旋转位置伺服控制需求,因此,对气动旋转位置伺服控制的研究具有实际的应用价值。 摆动气缸是一种常见的气动旋转驱动装置,由于摆动气缸较小的行程和较大的摩擦力矩使得对其实现高性能的位置伺服控制比较难,目前摆动气缸伺服定位的精度还不能满足实际应用的需求。论文对比例流量阀控制的摆动气缸位置伺服系统的系统非线性特性的补偿方法、线性化数学模型的建立方法以及能够适应负载变化的控制策略等方面进行了深入的理论分析和实验研究。 首先基于理论分析和实验,研究了与控制过程相关的系统特性,即工作点位置、负载大小和摆动气缸两腔初始压力等工作参数以及摩擦力矩对系统特性的影响,分析了系统存在的粘滑振荡现象、位移波动现象等产生的原因。 针对比例流量阀的非线性特性和系统的位移波动现象,提出了两种相应的辅助控制方法:比例阀输入输出线性化的非线性补偿方法,位置控制+压力差辅助控制的复合控制方法。非线性补偿方法能够减弱系统的非线性强度,改善系统特性,降低系统的控制难度,也为建立更准确的线性模型打下了基础。位置控制+压力差辅助控制的复合控制方法则可以有效避免位移波动现象的发生,提高系统的定位精度。 为了避免摩擦力矩这一非线性因素对模型准确性的影响,提出了一种能够更准确地反映系统特性的线性化数学模型的建立方法。该方法在充分考虑压力差动态过程与摩擦力矩无关这一特点的基础上,将压力差动态过程用近似线性化方程表示,并与运动方程相结合构成三阶状态空间线性模型,采用系统辨识的方法确定模型参数。同时,为了补偿比例流量阀的非线性特性,提高线性模型的准确性,将比例阀非线性补偿环节和比例流量阀控摆动气缸系统看作一个整体,作为辨识对象。又考虑到系统特性与工作点位置有关这一特点,采用了定位辨识法。通过实验研究,验证了该方法的可行性。 为了解决系统在压力差反馈控制下稳态误差较大的问题,提出了比例+速度和压力差微分反馈控制方法(PVDDP)。根据所建线性化数学模型,从理论上分析了该方法的可行性。实验结果表明,PVDDP控制在工作点位置和负载变化较小时可获得较好的控制效果,但是适应负载和工作点位置大范围变化的能力较差。 为了使系统能够适应不同的工作点位置和较大范围的负载变化,在PVDDP控制的基础上,提出了基于T-S模型的模糊比例+速度和压力差微分反馈控制方法(TS-PVDDP)。TS-PVDDP控制将T-S模糊模型与PVDDP控制相结合,根据工作点位置和负载,通过模糊推理,实时调节PVDDP控制器的参数。在结合比例阀非线性特性补偿和压力差辅助控制的基础上,对TS-PVDDP控制进行了实验研究。实验结果表明,对于行程范围内的任意位置,以及转动惯量为5.3kg·cm<'2>~228kg·cm<'2>范围内的不同负载,系统都具有良好的静态和动态响应特性:⑴定位精度较高,稳态误差在±0.5°范围内;⑵动态特性较好,无超调或超调很小,响应速度快,达到±0.5°误差范围的时间小于1s。 理论分析和实验结果表明,论文提出的控制策略是有效的。应用这些研究成果,获得了高性能的摆动气缸位置伺服系统。
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