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(duì)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(duì)氣動(dòng)直線位置伺服控制進(jìn)行了大量的研究，而對(duì)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(duì)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(jiàn)的氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)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(duì)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(duì)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(guò)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?jí)毫Φ裙ぷ鲄?shù)以及摩擦力矩對(duì)系統(tǒng)特性的影響，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(duì)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。 為了避免摩擦力矩這一非線性因素對(duì)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(guò)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(guò)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(shí)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(shí)對(duì)象。又考慮到系統(tǒng)特性與工作點(diǎn)位置有關(guān)這一特點(diǎn)，采用了定位辨識(shí)法。通過(guò)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(wèn)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。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2006
【中圖分類】：TH138
【文章目錄】：
摘要
Abstract
注釋表
1 緒論
    1.1 課題的研究意義和目的
    1.2 氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)位置伺服系統(tǒng)的研究狀況
        1.2.1 系統(tǒng)非線性特性補(bǔ)償方法研究狀況
        1.2.2 系統(tǒng)線性化數(shù)學(xué)模型研究狀況
        1.2.3 控制策略研究狀況
    1.3 有待研究解決的問(wèn)題
    1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容
2 比例流量閥控?cái)[動(dòng)氣缸位置伺服系統(tǒng)控制元件特性分析
    2.1 擺動(dòng)氣缸位置伺服系統(tǒng)研究平臺(tái)的構(gòu)成
        2.1.1 擺動(dòng)氣缸位置伺服系統(tǒng)硬件平臺(tái)
        2.1.2 控制策略研究軟件平臺(tái)
    2.2 比例流量閥特性測(cè)試與分析
        2.2.1 比例流量閥的工作原理
        2.2.2 比例流量閥的特性測(cè)試與分析
    2.3 擺動(dòng)氣缸摩擦力矩特性測(cè)試與分析
        2.3.1 摩擦特性概述
        2.3.2 擺動(dòng)氣缸摩擦力矩?cái)?shù)學(xué)模型
        2.3.3 擺動(dòng)氣缸摩擦力矩特性測(cè)試
    2.4 本章小結(jié)
3 比例流量閥控?cái)[動(dòng)氣缸位置伺服系統(tǒng)控制特性研究
    3.1 比例流量閥控?cái)[動(dòng)氣缸系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立
        3.1.1 數(shù)學(xué)模型
        3.1.2 仿真模型
        3.1.3 模型有效性驗(yàn)證
    3.2 采用PID控制研究系統(tǒng)特性
        3.2.1 數(shù)字PID控制算法
        3.2.2 工作參數(shù)對(duì)系統(tǒng)特性的影響
        3.2.3 粘滑振蕩現(xiàn)象
        3.2.4 位移波動(dòng)現(xiàn)象
    3.3 摩擦力矩對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析
        3.3.1 線性化數(shù)學(xué)模型
        3.3.2 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析
        3.3.3 摩擦力矩對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響
        3.3.4 粘滑振蕩現(xiàn)象分析
    3.4 本章小結(jié)
4 比例流量閥控?cái)[動(dòng)氣缸位置伺服系統(tǒng)辨識(shí)建模及控制策略研究
    4.1 比例流量閥的輸入輸出線性化
        4.1.1 比例流量閥的非線性特性對(duì)系統(tǒng)性能的影響
        4.1.2 比例流量閥非線性特性的線性化
    4.2 位置控制+壓力差輔助控制的復(fù)合控制方法
    4.3 比例流量閥控?cái)[動(dòng)氣缸系統(tǒng)辨識(shí)建模
        4.3.1 模型結(jié)構(gòu)
        4.3.2 模型參數(shù)的辨識(shí)方法
        4.3.3 辨識(shí)數(shù)據(jù)的獲取過(guò)程
        4.3.4 辨識(shí)實(shí)例
        4.3.5 模型有效性驗(yàn)證
    4.4 比例+速度和壓力差微分反饋控制器
        4.4.1 比例流量閥控?cái)[動(dòng)氣缸位置伺服系統(tǒng)特性分析
        4.4.2 比例+速度和壓力差微分反饋控制
        4.4.3 比例+速度和壓力差微分反饋控制器參數(shù)確定
        4.4.4 比例+速度和壓力差微分反饋控制實(shí)驗(yàn)研究
    4.5 本章小結(jié)
5 基于T-S模型的模糊比例+速度和壓力差微分反饋控制
    5.1 基于T-S模型的模糊控制簡(jiǎn)介
        5.1.1 連續(xù)系統(tǒng)的T-S模糊模型
        5.1.2 T-S型模糊控制器
    5.2 基于T-S模型的模糊比例+速度和壓力差微分反饋控制器設(shè)計(jì)
        5.2.1 比例流量閥控?cái)[動(dòng)氣缸位置伺服系統(tǒng)的T-S模糊模型建立
        5.2.2 T-S型模糊比例+速度和壓力差微分反饋控制器
    5.3 局部線性模型的建立與局部控制器的設(shè)計(jì)
        5.3.1 局部線性模型的建立
        5.3.2 局部控制器的設(shè)計(jì)
    5.4 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)時(shí)估計(jì)
        5.4.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的遞推最小二乘估計(jì)算法
        5.4.2 數(shù)據(jù)處理
        5.4.3 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估計(jì)實(shí)例
    5.5 T-S型模糊比例+速度和壓力差微分反饋控制的實(shí)驗(yàn)研究
        5.5.1 不同位置系統(tǒng)的響應(yīng)特性
        5.5.2 不同負(fù)載下系統(tǒng)的響應(yīng)特性
        5.5.3 氣源壓力波動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)特性
        5.5.4 定位精度
        5.5.5 多點(diǎn)定位實(shí)驗(yàn)
    5.6 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的論文

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2849526