氣缸定位系統(tǒng)的控制策略和應(yīng)用.pdf

1、氣動(dòng)技術(shù)具有一系列顯著優(yōu)點(diǎn):價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，無(wú)污染，氣動(dòng)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，己成為自動(dòng)化不可缺少的重要手段。 由于氣體的可壓縮性，氣缸的摩擦力，比例閥的非線性以及系統(tǒng)參數(shù)易受環(huán)境的影響等這些特點(diǎn)在很大程度上增加了氣動(dòng)位置控制系統(tǒng)的控制難度，很難滿(mǎn)足工業(yè)上高精度的定位要求。 《氣缸定位系統(tǒng)的控制策略和應(yīng)用》是SMC技術(shù)中心承接的國(guó)際交流合作課題項(xiàng)目之一。旨在設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)基于氣動(dòng)伺服的臺(tái)面球X

2、-Y軌跡控制系統(tǒng)，用來(lái)展示氣動(dòng)控制元件的產(chǎn)品性能，更可作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，為本科同學(xué)開(kāi)設(shè)控制理論實(shí)踐課程搭建一個(gè)良好的試驗(yàn)平臺(tái)。 選用SMC公司的MQQTB16-50D直線氣缸作為系統(tǒng)的執(zhí)行元件，但其摩擦力的嚴(yán)重非線性和氣缸兩腔的非對(duì)稱(chēng)性等特點(diǎn)，加大了對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行伺服控制的難度。本文的工作就是設(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，使其滿(mǎn)足臺(tái)面球X-Y軌跡控制系統(tǒng)的工作需要。 本文對(duì)閥控缸的氣動(dòng)位置特性進(jìn)行

3、了研究，建立了閥控缸系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型；在此基礎(chǔ)上，對(duì)氣動(dòng)比例位置系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的控制策略的研究；最終本文采用了數(shù)字PID控制和模糊自適應(yīng)PID控制。模糊PID控制應(yīng)用模糊推理的方法，實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的在線調(diào)整，能夠達(dá)到參數(shù)、和取值的動(dòng)態(tài)變化，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中各階段的PID參數(shù)處于最佳狀態(tài)，以獲得滿(mǎn)意的控制效果。 試驗(yàn)過(guò)程中，在Matlab/Simulink環(huán)境下通過(guò)各種控制器的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了非實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分

4、析比較。因?yàn)橄到y(tǒng)存在諸多非線性因素的影響，如直缸的摩擦力、空氣可壓縮性、比例閥壓力特性，以及氣缸兩腔的非對(duì)稱(chēng)性，當(dāng)采用數(shù)字PID控制方法時(shí)，對(duì)階躍響應(yīng)的爬行振蕩現(xiàn)象和方波響應(yīng)的不穩(wěn)定性問(wèn)題，使系統(tǒng)難以達(dá)到良好的控制效果。相反，運(yùn)用模糊PID控制方法，再加上對(duì)摩擦進(jìn)行了補(bǔ)償后，上述問(wèn)題得到了有效的解決。該模糊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跟