基于比例閥控普通缸的柔性定位氣動(dòng)機(jī)械手的研制.pdf

1、氣動(dòng)系統(tǒng)具有環(huán)保，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在，隨著電-氣比例／伺服控制技術(shù)的出現(xiàn)，氣動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)從以前的邏輯控制領(lǐng)域擴(kuò)展到了伺服控制領(lǐng)域。對(duì)氣動(dòng)伺服控制系統(tǒng)的研究，也已從起初對(duì)任意點(diǎn)定位控制技術(shù)的研究發(fā)展到了對(duì)連續(xù)軌跡跟蹤控制的研究。
　　 本課題的主要研究對(duì)象為單桿雙作用普通氣缸。根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)高性能的控制器對(duì)其進(jìn)行任意點(diǎn)定位和連續(xù)軌跡跟蹤控制的研究，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)基于比例閥控普通缸

2、的柔性定位氣動(dòng)機(jī)械手的研制。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 首先，搭建了系統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。對(duì)系統(tǒng)的特性和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，模型表明該系統(tǒng)是一個(gè)高階非線(xiàn)性系統(tǒng)。為此本文對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，得到了一個(gè)三階數(shù)學(xué)模型。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)的基本要求之一，本文運(yùn)用MATLAB控制工具箱對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，分析結(jié)果表明該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。
　　 其次，依據(jù)經(jīng)典控制理論和智能控制理論，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(hào)的模糊控制器。同時(shí)，鑒于圖形化編程語(yǔ)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(xiě)控制軟件。分別對(duì)階躍信號(hào)、方波信號(hào)和正弦信號(hào)的系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行了PID控制的實(shí)驗(yàn)研究和模糊控制的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了PID控制器在該非線(xiàn)性系統(tǒng)中的不足并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。但從總體上看，誤差仍很大并且系統(tǒng)的穩(wěn)定性很差。對(duì)系統(tǒng)的模糊控制進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模糊

4、控制器很好地解決了階躍響應(yīng)的爬行振蕩和方波響應(yīng)的不穩(wěn)定性等問(wèn)題，提高了正弦跟蹤響應(yīng)的精度，并在一定頻率范圍內(nèi)都得到了較高精度的正弦信號(hào)跟蹤響應(yīng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)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(yīng)用氣壓傳動(dòng)原理，設(shè)計(jì)一個(gè)完成刀具抓取、運(yùn)輸和換刀的氣動(dòng)機(jī)械手。并將PID控制算法和模糊控制算法應(yīng)用到氣動(dòng)換刀機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手在水平方向的柔性定位。從而實(shí)現(xiàn)了本課題的研究目標(biāo)，為氣動(dòng)換刀機(jī)械手的應(yīng)用做好了