氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置伺服控制技術(shù)的研究.pdf

1、氣動(dòng)技術(shù)因其特有的優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，由于實(shí)際的需求和技術(shù)的推動(dòng)，促使其向更精密的伺服控制方向發(fā)展。但是，由于氣動(dòng)伺服系統(tǒng)的強(qiáng)非線性，對其實(shí)現(xiàn)高精度的有效控制一直是個(gè)難題。迄今為止，學(xué)者們主要針對氣動(dòng)直線位置伺服控制進(jìn)行了大量的研究，而對氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置伺服控制的研究很少。在工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人領(lǐng)域，存在大量的旋轉(zhuǎn)位置伺服控制需求，因此，對氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置伺服控制的研究具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。 擺動(dòng)氣缸是一種常見的氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)

2、動(dòng)裝置，由于擺動(dòng)氣缸較小的行程和較大的摩擦力矩使得對其實(shí)現(xiàn)高性能的位置伺服控制比較難，目前擺動(dòng)氣缸伺服定位的精度還不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。論文對比例流量閥控制的擺動(dòng)氣缸位置伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)非線性特性的補(bǔ)償方法、線性化數(shù)學(xué)模型的建立方法以及能夠適應(yīng)負(fù)載變化的控制策略等方面進(jìn)行了深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。 首先基于理論分析和實(shí)驗(yàn)，研究了與控制過程相關(guān)的系統(tǒng)特性，即工作點(diǎn)位置、負(fù)載大小和擺動(dòng)氣缸兩腔初始壓力等工作參數(shù)以及摩擦力矩對系統(tǒng)特

3、性的影響，分析了系統(tǒng)存在的粘滑振蕩現(xiàn)象、位移波動(dòng)現(xiàn)象等產(chǎn)生的原因。 針對比例流量閥的非線性特性和系統(tǒng)的位移波動(dòng)現(xiàn)象，提出了兩種相應(yīng)的輔助控制方法：比例閥輸入輸出線性化的非線性補(bǔ)償方法，位置控制+壓力差輔助控制的復(fù)合控制方法。非線性補(bǔ)償方法能夠減弱系統(tǒng)的非線性強(qiáng)度，改善系統(tǒng)特性，降低系統(tǒng)的控制難度，也為建立更準(zhǔn)確的線性模型打下了基礎(chǔ)。位置控制+壓力差輔助控制的復(fù)合控制方法則可以有效避免位移波動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，提高系統(tǒng)的定位精度。

4、 為了避免摩擦力矩這一非線性因素對模型準(zhǔn)確性的影響，提出了一種能夠更準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)特性的線性化數(shù)學(xué)模型的建立方法。該方法在充分考慮壓力差動(dòng)態(tài)過程與摩擦力矩?zé)o關(guān)這一特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將壓力差動(dòng)態(tài)過程用近似線性化方程表示，并與運(yùn)動(dòng)方程相結(jié)合構(gòu)成三階狀態(tài)空間線性模型，采用系統(tǒng)辨識的方法確定模型參數(shù)。同時(shí)，為了補(bǔ)償比例流量閥的非線性特性，提高線性模型的準(zhǔn)確性，將比例閥非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)和比例流量閥控?cái)[動(dòng)氣缸系統(tǒng)看作一個(gè)整體，作為辨識對象。又考慮到系統(tǒng)

5、特性與工作點(diǎn)位置有關(guān)這一特點(diǎn)，采用了定位辨識法。通過實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了該方法的可行性。 為了解決系統(tǒng)在壓力差反饋控制下穩(wěn)態(tài)誤差較大的問題，提出了比例+速度和壓力差微分反饋控制方法（PVDDP）。根據(jù)所建線性化數(shù)學(xué)模型，從理論上分析了該方法的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PVDDP控制在工作點(diǎn)位置和負(fù)載變化較小時(shí)可獲得較好的控制效果，但是適應(yīng)負(fù)載和工作點(diǎn)位置大范圍變化的能力較差。 為了使系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的工作點(diǎn)位置和較大范圍的負(fù)載變

6、化，在PVDDP控制的基礎(chǔ)上，提出了基于T-S模型的模糊比例+速度和壓力差微分反饋控制方法（TS-PVDDP）。TS-PVDDP控制將T-S模糊模型與PVDDP控制相結(jié)合，根據(jù)工作點(diǎn)位置和負(fù)載，通過模糊推理，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)PVDDP控制器的參數(shù)。在結(jié)合比例閥非線性特性補(bǔ)償和壓力差輔助控制的基礎(chǔ)上，對TS-PVDDP控制進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對于行程范圍內(nèi)的任意位置，以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為5.3kg·cm<'2>～228kg·cm<'2>范圍內(nèi)