氣動旋轉(zhuǎn)位置伺服控制技術(shù)的研究.pdf

1、氣動技術(shù)因其特有的優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于自動化生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，由于實際的需求和技術(shù)的推動，促使其向更精密的伺服控制方向發(fā)展。但是，由于氣動伺服系統(tǒng)的強非線性，對其實現(xiàn)高精度的有效控制一直是個難題。迄今為止，學者們主要針對氣動直線位置伺服控制進行了大量的研究，而對氣動旋轉(zhuǎn)位置伺服控制的研究很少。在工業(yè)自動化和機器人領(lǐng)域，存在大量的旋轉(zhuǎn)位置伺服控制需求，因此，對氣動旋轉(zhuǎn)位置伺服控制的研究具有實際的應(yīng)用價值。 擺動氣缸是一種常見的氣動旋轉(zhuǎn)驅(qū)

2、動裝置，由于擺動氣缸較小的行程和較大的摩擦力矩使得對其實現(xiàn)高性能的位置伺服控制比較難，目前擺動氣缸伺服定位的精度還不能滿足實際應(yīng)用的需求。論文對比例流量閥控制的擺動氣缸位置伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)非線性特性的補償方法、線性化數(shù)學模型的建立方法以及能夠適應(yīng)負載變化的控制策略等方面進行了深入的理論分析和實驗研究。 首先基于理論分析和實驗，研究了與控制過程相關(guān)的系統(tǒng)特性，即工作點位置、負載大小和擺動氣缸兩腔初始壓力等工作參數(shù)以及摩擦力矩對系統(tǒng)特

3、性的影響，分析了系統(tǒng)存在的粘滑振蕩現(xiàn)象、位移波動現(xiàn)象等產(chǎn)生的原因。 針對比例流量閥的非線性特性和系統(tǒng)的位移波動現(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償方法，位置控制+壓力差輔助控制的復合控制方法。非線性補償方法能夠減弱系統(tǒng)的非線性強度，改善系統(tǒng)特性，降低系統(tǒng)的控制難度，也為建立更準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合控制方法則可以有效避免位移波動現(xiàn)象的發(fā)生，提高系統(tǒng)的定位精度。

4、 為了避免摩擦力矩這一非線性因素對模型準確性的影響，提出了一種能夠更準確地反映系統(tǒng)特性的線性化數(shù)學模型的建立方法。該方法在充分考慮壓力差動態(tài)過程與摩擦力矩無關(guān)這一特點的基礎(chǔ)上，將壓力差動態(tài)過程用近似線性化方程表示，并與運動方程相結(jié)合構(gòu)成三階狀態(tài)空間線性模型，采用系統(tǒng)辨識的方法確定模型參數(shù)。同時，為了補償比例流量閥的非線性特性，提高線性模型的準確性，將比例閥非線性補償環(huán)節(jié)和比例流量閥控擺動氣缸系統(tǒng)看作一個整體，作為辨識對象。又考慮到系統(tǒng)

5、特性與工作點位置有關(guān)這一特點，采用了定位辨識法。通過實驗研究，驗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)學模型，從理論上分析了該方法的可行性。實驗結(jié)果表明，PVDDP控制在工作點位置和負載變化較小時可獲得較好的控制效果，但是適應(yīng)負載和工作點位置大范圍變化的能力較差。 為了使系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的工作點位置和較大范圍的負載變

6、化，在PVDDP控制的基礎(chǔ)上，提出了基于T-S模型的模糊比例+速度和壓力差微分反饋控制方法（TS-PVDDP）。TS-PVDDP控制將T-S模糊模型與PVDDP控制相結(jié)合，根據(jù)工作點位置和負載，通過模糊推理，實時調(diào)節(jié)PVDDP控制器的參數(shù)。在結(jié)合比例閥非線性特性補償和壓力差輔助控制的基礎(chǔ)上，對TS-PVDDP控制進行了實驗研究。實驗結(jié)果表明，對于行程范圍內(nèi)的任意位置，以及轉(zhuǎn)動慣量為5.3kg·cm<'2>～228kg·cm<'2>范圍內(nèi)