液壓伺服關節(jié)是組成液壓機器人的基本部件,其控制響應特性直接影響機器人的動態(tài)性能。本文針對葉片擺動缸式機器人旋轉伺服關節(jié)的電液伺服系統(tǒng)中存在的多種非線性因素以及不確定因素擾動影響的問題,為提高電液伺服系統(tǒng)的控制精度和魯棒性,提出了基于常規(guī)PID控制、模糊自適應PID、反饋線性化滑模變結構控制三種控制器,并通過仿真試驗對控制器的控制性能作對比分析,最后總結得出控制性能最佳的一種控制器。首先,針對液壓伺服系統(tǒng)中常用的伺服閥、比例閥、電磁式高速開關閥進行比較與分析,得出電磁式高速開關閥的控制性能、響應特性以及抗污染能力更強,在設計系統(tǒng)回路時采用電磁式高速開關閥進行系統(tǒng)的控制,隨后建立電磁式高速開關閥的仿真模型對其性能進行分析與驗證,得出可用于提高其響應特性的方法。其次,分析整個閥控伺服關節(jié)的數(shù)學模型,得出其流量特性方程以及力矩平衡方程,明確伺服關節(jié)系統(tǒng)的預期性能指標,隨后對所要應用的三種控制器進行理論與控制原理分析,之后結合伺服系統(tǒng)的數(shù)學模型進行控制器的設計。最后,利用Amesim與Matlab軟件搭建系統(tǒng)的仿真模型,編寫控制函數(shù),驗證控制器的性能。通過仿真對比分析得出,在理想狀態(tài)即系統(tǒng)無干擾... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

液壓機器人Fig.1.1Hydraulicrobot

沈陽工業(yè)大學碩士學位論文2波士頓公司研發(fā)設計的BigDog是液壓機器人領域的先行者，如圖1.2所示。BigDog機器人是在2005年被波士頓公司首次公開，隨即引起了全球科研人員的關注。該機器人具有良好的適應能力，具備多個自由度，由直線液壓缸驅動其進行動作，總功率達到12.5Kw。其工作可達到的最大的輸出為20.68MPa，為高壓輸出，負責驅動工作的直線液壓缸在系統(tǒng)油路下并聯(lián)運行[7,8]。意大利技術研究院制造了名為HyQ的智能機器人，如圖1.3所示，其身高達1米，由12個轉矩可控的關節(jié)組成，它可完成不同姿態(tài)的行走以及跳躍動作，機器人的髓關節(jié)采用電驅動，大、小腿采用伸縮活塞桿進行伺服控制，動作運行可達4m/s，關節(jié)輸出力可至3216N[9]。圖1.2BigDog機器人圖1.3HyQ機器人Fig.1.2BigDogrobotFig.1.3HyQrobot日本學者研發(fā)的同名液壓驅動機器人[10]，如下圖1.4所示，它由4個足部、12個驅動關節(jié)組成，且所有直線驅動缸都由伺服閥實現(xiàn)控制驅動與動力提供，該機器人可以實現(xiàn)加速走動，小幅躍起的動作。國內對液壓機器人的研究起步稍晚，山東大學機器人研究中心設計了Scalf機器人，如圖1.5所示，它由直線液壓缸和葉片擺動缸作為關節(jié)，使用伺服閥作為外置控制元件，負載能力能到達120kg，直線跨越距離可達0.15m，在種類不同的地面皆可以流暢行走，例如草坪地面、冰雪地面等，具有一定的抗干擾力[11-13]。

沈陽工業(yè)大學碩士學位論文2波士頓公司研發(fā)設計的BigDog是液壓機器人領域的先行者，如圖1.2所示。BigDog機器人是在2005年被波士頓公司首次公開，隨即引起了全球科研人員的關注。該機器人具有良好的適應能力，具備多個自由度，由直線液壓缸驅動其進行動作，總功率達到12.5Kw。其工作可達到的最大的輸出為20.68MPa，為高壓輸出，負責驅動工作的直線液壓缸在系統(tǒng)油路下并聯(lián)運行[7,8]。意大利技術研究院制造了名為HyQ的智能機器人，如圖1.3所示，其身高達1米，由12個轉矩可控的關節(jié)組成，它可完成不同姿態(tài)的行走以及跳躍動作，機器人的髓關節(jié)采用電驅動，大、小腿采用伸縮活塞桿進行伺服控制，動作運行可達4m/s，關節(jié)輸出力可至3216N[9]。圖1.2BigDog機器人圖1.3HyQ機器人Fig.1.2BigDogrobotFig.1.3HyQrobot日本學者研發(fā)的同名液壓驅動機器人[10]，如下圖1.4所示，它由4個足部、12個驅動關節(jié)組成，且所有直線驅動缸都由伺服閥實現(xiàn)控制驅動與動力提供，該機器人可以實現(xiàn)加速走動，小幅躍起的動作。國內對液壓機器人的研究起步稍晚，山東大學機器人研究中心設計了Scalf機器人，如圖1.5所示，它由直線液壓缸和葉片擺動缸作為關節(jié)，使用伺服閥作為外置控制元件，負載能力能到達120kg，直線跨越距離可達0.15m，在種類不同的地面皆可以流暢行走，例如草坪地面、冰雪地面等，具有一定的抗干擾力[11-13]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]音圈電機直驅高速開關閥動態(tài)特性研究[J]. 劉曉鵬,聶松林,紀輝,尹方龍,潘燚,孫有偉.  液壓與氣動. 2020(03)
[2]閥控非對稱缸系統(tǒng)的反饋線性化滑模控制[J]. 鄭凱鋒,楊桂玲,房加志,楊克萍,喬俊.  機床與液壓. 2017(05)
[3]BigDog四足機器人關鍵技術分析[J]. 丁良宏.  機械工程學報. 2015(07)
[4]高速開關閥及其發(fā)展趨勢[J]. 姚亞妮.  山東工業(yè)技術. 2015(04)
[5]高性能液壓驅動四足機器人SCalf的設計與實現(xiàn)[J]. 柴匯,孟健,榮學文,李貽斌.  機器人. 2014(04)
[6]電液伺服技術的發(fā)展與展望[J]. 王軍政,趙江波,汪首坤.  液壓與氣動. 2014(05)
[7]新型旋轉液壓伺服關節(jié)[J]. 曾良才,胡琪,蔣林,趙慧.  華中科技大學學報(自然科學版). 2013(11)
[8]基于高速開關閥的數(shù)字式變量泵研究[J]. 岑順鋒,吳張永,王嫻,王曉波,王京濤.  中國機械工程. 2012(06)
[9]淺析BigDog四足機器人[J]. 丁良宏,王潤孝,馮華山,李軍.  中國機械工程. 2012(05)
[10]考慮電磁特性的電磁開關閥動靜態(tài)性能仿真研究[J]. 孫建彬,岑豫皖,王剛.  機電工程. 2011(10)

博士論文
[1]多關節(jié)機器人魯棒跟蹤控制策略研究[D]. 王三秀.浙江工業(yè)大學 2015
[2]SCalf液壓驅動四足機器人的機構設計與運動分析[D]. 榮學文.山東大學 2013

碩士論文
[1]基于PWM控制的氣動式增壓調節(jié)系統(tǒng)響應特性研究[D]. 王兆清.北京理工大學 2015
[2]基于高速開關閥的數(shù)字控制軸向變量柱塞泵研究[D]. 張際.貴州大學 2009
[3]液壓傳動伺服系統(tǒng)控制算法的研究與應用[D]. 許建.山東大學 2008
[4]廣義脈碼調制液壓控制系統(tǒng)的頻響特性及應用研究[D]. 周輔疆.浙江大學 2008
[5]高速開關閥的研究及數(shù)字仿真[D]. 林銳.武漢理工大學 2005



本文編號：3363618