氣液聯(lián)控柔順力控制系統(tǒng)研究.pdf

1、氣液聯(lián)控伺服系統(tǒng)是將可壓縮性小、粘度較大的液體介質(zhì)引入到常規(guī)氣壓伺服系統(tǒng)中并進(jìn)行控制而構(gòu)成的一種新型的氣、液介質(zhì)復(fù)合控制系統(tǒng)。它將氣體介質(zhì)“柔”的特性與液體介質(zhì)“剛”的特性融為一體，即保持了氣動(dòng)系統(tǒng)所具有的快速性的優(yōu)點(diǎn)，又具有較好的剛度。此特點(diǎn)對(duì)于機(jī)器人的柔順力控制非常有利，故此本課題針對(duì)氣液聯(lián)控伺服系統(tǒng)進(jìn)行了柔順力控制的研究。
　　在查閱大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了氣液聯(lián)控伺服系統(tǒng)的發(fā)展背景及研究現(xiàn)狀。對(duì)柔順力控制的發(fā)展現(xiàn)

2、狀進(jìn)行了分析，闡述了常用的柔順力控制策略及其控制中的關(guān)鍵問題。通過對(duì)國內(nèi)外相關(guān)研究的分析，確定了本文的主要研究方向。
　　與其它氣壓伺服系統(tǒng)相比，PWM電-氣開關(guān)/伺服系統(tǒng)具有更適用于連續(xù)控制及造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但PWM氣壓伺服系統(tǒng)具有嚴(yán)重非線性，建模困難，這就阻礙了它的發(fā)展。為此本文應(yīng)用非線性PWM平均方法將原離散多輸入模型轉(zhuǎn)換為連續(xù)單輸入模型，簡化后的模型更有利于對(duì)系統(tǒng)的研究。
　　阻抗控制能夠?qū)崿F(xiàn)位

3、移與力的統(tǒng)一控制，是實(shí)現(xiàn)柔順力控制的主要理論依據(jù)之一。論文將基于力和基于位置的阻抗控制方法分別應(yīng)用于氣液聯(lián)控系統(tǒng)中，通過仿真分析兩種阻抗控制性能及阻抗參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響規(guī)律。由于基于位置的阻抗控制性能更好，更易于應(yīng)用于柔順力控制中，故此本文重點(diǎn)針對(duì)基于位置的阻抗控制進(jìn)行研究。
　　內(nèi)環(huán)位置控制器的性能在一定程度上影響柔順力控制的性能，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，本文應(yīng)用非線性控制理論對(duì)氣液聯(lián)控系統(tǒng)的狀態(tài)方程進(jìn)行了研究，提出了滑

4、模變結(jié)構(gòu)控制策略。根據(jù)相對(duì)階的定義判斷系統(tǒng)階次，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了三階滑模面變結(jié)構(gòu)控制器，并對(duì)其進(jìn)行了仿真研究。但該三階滑?？刂破魉瑓?shù)復(fù)雜且相互之間耦合，控制效果并不理想。故此進(jìn)行了滑模面的降階，設(shè)計(jì)了二階滑模面變結(jié)構(gòu)控制器，并對(duì)其進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明滑模變結(jié)構(gòu)控制改善了系統(tǒng)的快速性，提高了系統(tǒng)的跟蹤性能。
　　柔順力控制過程中，環(huán)境參數(shù)的已知與否對(duì)系統(tǒng)控制策略的選取有很大影響，并直接影響到控制的效果。本文將環(huán)境參數(shù)歸納

5、為三種情況：環(huán)境參數(shù)已知時(shí)不變、環(huán)境參數(shù)未知時(shí)不變、環(huán)境參數(shù)未知時(shí)變。分別針對(duì)此三種情況提出了模糊阻抗控制方法、直接自適應(yīng)控制方法、間接自適應(yīng)控制等方法。實(shí)現(xiàn)了不同環(huán)境參數(shù)下的柔順力控制。
　　最后，搭建了氣液聯(lián)控柔順力控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，編制了計(jì)算機(jī)控制軟件和完整的實(shí)驗(yàn)方案。通過對(duì)系統(tǒng)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究證明，本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和控制軟件是成功的，闡述的理論和觀點(diǎn)是正確的，設(shè)計(jì)的控制器是合理可行的。
　　論文的研究為氣液聯(lián)控系統(tǒng)進(jìn)