【摘要】： 本文以德國Festo公司生產(chǎn)的MAS型氣動人工肌肉為研究對象,通過理論分析建立了氣動人工肌肉的靜動態(tài)數(shù)學模型,并通過實驗和仿真加以驗證。在對氣動人工肌肉控制系統(tǒng)特性分析的基礎上運用模糊理論和自適應控制方法設計了氣動人工肌肉的模糊自適應整定PID控制策略,并對其進行仿真分析。 首先,基于能量守恒定律,抓住影響氣動人工肌肉的主要因素,橡膠彈性力以及橡膠筒與纖維層間摩擦力的影響,建立了相對簡單而又較為完整的氣動人工肌肉靜態(tài)數(shù)學模型,并通過實驗和計算機仿真對其進行了研究。 其次,從控制閥的流量方程、執(zhí)行元件的動態(tài)方程和運動方程入手,將氣動人工肌肉作為一種氣壓傳動系統(tǒng)來研究,建立了氣動人工肌肉系統(tǒng)動態(tài)特性的非線性數(shù)學模型,并通過實驗和計算機仿真分析了氣動人工肌肉開環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)工作特性。在此基礎上,求出了閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 最后,針對氣動人工肌肉控制系統(tǒng)的強非線性以及難于建立精確數(shù)學模型的特點,提出了氣動人工肌肉位置伺服控制系統(tǒng)的模糊自適應整定PID控制策略。通過仿真得出,單純的PID控制時,由于系統(tǒng)的非線性,容易引起系統(tǒng)響應的抖動,不能獲得良好的動態(tài)特性,然而模糊自適應整定PID控制不僅改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性,而且響應平滑,超調量小,在外部干擾和參數(shù)的改變時,系統(tǒng)具有強的魯棒性。因此,對于氣動人工肌肉位置控制伺服系統(tǒng)來說,模糊自適應整定PID控制是可行的、合理的。
【圖文】：

潔、安裝簡便等優(yōu)點之外，還具有高功率/質量比、自然柔順性、與生物肌肉類似的力學特性等優(yōu)點，受到越來越多研究者的關注。氣動人工肌肉是由一段外部包裹纖維網(wǎng)的橡膠筒和兩端的接頭連接組成，如同生物肌肉那樣能產(chǎn)生很強的收縮力，如圖1.1所示螺絲口部圖1.1氣動人工肌肉的模型1.1.1氣動人工肌肉的發(fā)展概況早在1900年，“機構學之父”REULEAUX[z，在關于生物機構學的研究中就提到了用橡膠管模擬生物肌肉的原理。1913年，wILKINS〔3]發(fā)明了一種廉價可靠的管狀膜片驅動器，由于彈性管的支撐強度不夠，因此在密封的彈性橡膠管內外安裝了輔助支撐彈簧，可在正負壓狀態(tài)下工作。彈性管作為一種可變容積腔室，隨后被應用到液壓泵、液壓柱塞密封、波紋管式膜片驅動器、千斤頂、恒壓裝置的設計中。由于單純的橡膠管能承受的壓力有限，HAvEN〔4]在一沖擊裝置中采用了外加編織層的強化結構。 1953年

分別記錄氣動人工肌肉產(chǎn)生的收縮力及其收縮位置。改變氣動人工肌肉腔內的充氣壓力，重復上述實驗步驟，，得到氣動人工肌肉在不同充氣壓力下收縮力和收縮率的關系曲線，如圖2.8所示。為了更進一步的分析各個數(shù)學模型之間的差異，特把各個理想曲線與實驗曲線相對比，如圖2.9所示。1l一0.IMP。2一 0.2MPa6一 0.6MPa3一 0.3MPa4一 0.4MPas一0.5珊a7一 0.7MP.8一 0.8MPa圖2.8氣動人工肌肉在不同充氣壓力下收縮力與收縮率的關系圖
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TH138.7

【參考文獻】

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本文編號：2675839