臺面球XY軌跡氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、《臺面球XY軌跡氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是SMC技術(shù)中心承接的國際交流合作課題項(xiàng)目之一。旨在設(shè)計(jì)與開發(fā)基于氣動(dòng)伺服的臺面球X-Y軌跡控制系統(tǒng)，用來展示氣動(dòng)控制元件的產(chǎn)品性能，更可作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，為本科同學(xué)開設(shè)控制理論實(shí)踐課程搭建一個(gè)良好的試驗(yàn)平臺。本論文主要是介紹硬件設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)以及后續(xù)的試驗(yàn)過程，針對臺面球控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了各種控制器，在Matlab環(huán)境下進(jìn)行對比仿真，并將試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際搭建的硬件平臺進(jìn)行試驗(yàn)和改進(jìn)。 臺面球控

2、制系統(tǒng)是一個(gè)典型的多變量復(fù)雜控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩個(gè)方面。硬件設(shè)計(jì)方面包括機(jī)械整體外形，開關(guān)，電源的放置，采用基于RS232總線的觸摸屏裝置和基于 PCI 總線的NI 6014數(shù)據(jù)采集卡，還包括由流量比例閥及其驅(qū)動(dòng)電路、擺動(dòng)氣缸、凸輪推桿機(jī)構(gòu)、直滑式導(dǎo)電塑料電位器等構(gòu)成的擺缸位置伺服控制回路的設(shè)計(jì)；軟件開發(fā)部分包括觸摸屏和數(shù)據(jù)采集卡在MATLAB環(huán)境下驅(qū)動(dòng)程序的編寫，以及友好用戶接口界面的開發(fā)。具體過程描述如下：小球在平臺上

3、自由滾動(dòng)，計(jì)算機(jī)通過觸摸屏裝置采集到小球在觸摸屏上的坐標(biāo)值，以X軸方向小球的控制為例，獲得的X軸坐標(biāo)與設(shè)定的X方向參考坐標(biāo)進(jìn)行比較可得到位置偏差，通過控制器的設(shè)計(jì)，可得到系統(tǒng)的期望控制量輸入，即平臺在X方向上的期望傾斜角度，此角度期望值作為擺動(dòng)氣缸伺服控制機(jī)構(gòu)的輸入，這時(shí)伺服控制系統(tǒng)會推動(dòng)平臺響應(yīng)角度期望值，從而促使小球在臺面上做設(shè)定的軌跡跟蹤運(yùn)動(dòng)。 在試驗(yàn)過程中，在試驗(yàn)平臺搭建的同時(shí)，在Matlab/Simulink環(huán)境下通過

4、各種控制器的設(shè)計(jì)對系統(tǒng)進(jìn)行了非實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較，考慮到系統(tǒng)存在諸多非線性因素的影響，如擺動(dòng)缸的摩擦轉(zhuǎn)矩、空氣可壓縮性、比例閥壓力特性，以及小球本身存在非線性特性，當(dāng)采用傳統(tǒng)的控制方法時(shí)，很難使系統(tǒng)達(dá)到良好的控制效果,我們通過狀態(tài)觀測器的引入和模糊控制算法的應(yīng)用來對系統(tǒng)進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果表現(xiàn)出較好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。在理論仿真的基礎(chǔ)上，搭建系統(tǒng)的半實(shí)物仿真模型,針對實(shí)際物理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試開發(fā)，實(shí)現(xiàn)小球的穩(wěn)定性控制