基于比例閥控普通缸的柔性定位氣動機械手的研制.pdf

1、氣動系統(tǒng)具有環(huán)保，成本低，結構簡單，易于操作等優(yōu)點，近年來在工業(yè)領域得到了廣泛的應用?，F在，隨著電-氣比例／伺服控制技術的出現，氣動系統(tǒng)已經從以前的邏輯控制領域擴展到了伺服控制領域。對氣動伺服控制系統(tǒng)的研究，也已從起初對任意點定位控制技術的研究發(fā)展到了對連續(xù)軌跡跟蹤控制的研究。
　　 本課題的主要研究對象為單桿雙作用普通氣缸。根據其特點設計高性能的控制器對其進行任意點定位和連續(xù)軌跡跟蹤控制的研究，在此基礎上實現基于比例閥控普通缸

2、的柔性定位氣動機械手的研制。主要研究內容如下：
　　 首先，搭建了系統(tǒng)的硬件實驗平臺。對系統(tǒng)的特性和工作原理進行了詳細分析，在此基礎上建立了系統(tǒng)的數學模型，模型表明該系統(tǒng)是一個高階非線性系統(tǒng)。為此本文對模型進行了簡化，得到了一個三階數學模型。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)的基本要求之一，本文運用MATLAB控制工具箱對系統(tǒng)進行了穩(wěn)定性分析，分析結果表明該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。
　　 其次，依據經典控制理論和智能控制理論，為系統(tǒng)設計了PID控

3、制器，并用MATLAB模糊控制工具箱建立了系統(tǒng)跟蹤階躍、方波和正弦信號的模糊控制器。同時，鑒于圖形化編程語言的快捷性和方便性，本文采用Labview和Matlab混合編程的方法編寫控制軟件。分別對階躍信號、方波信號和正弦信號的系統(tǒng)響應進行了PID控制的實驗研究和模糊控制的實驗研究，發(fā)現了PID控制器在該非線性系統(tǒng)中的不足并對其進行了改進。但從總體上看，誤差仍很大并且系統(tǒng)的穩(wěn)定性很差。對系統(tǒng)的模糊控制進行了大量的實驗。實驗結果表明，該模糊

4、控制器很好地解決了階躍響應的爬行振蕩和方波響應的不穩(wěn)定性等問題，提高了正弦跟蹤響應的精度，并在一定頻率范圍內都得到了較高精度的正弦信號跟蹤響應，增強了系統(tǒng)的適應能力。因此，本文提出的模糊控制方法是穩(wěn)定和有效的。
　　 然后，應用氣壓傳動原理，設計一個完成刀具抓取、運輸和換刀的氣動機械手。并將PID控制算法和模糊控制算法應用到氣動換刀機械手，實現了機械手在水平方向的柔性定位。從而實現了本課題的研究目標，為氣動換刀機械手的應用做好了