直線氣缸的位置控制研究.pdf

1、氣動(dòng)技術(shù)具有一系列顯著優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，已成為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)不可缺少的手段。進(jìn)入上世紀(jì)90年代后，氣動(dòng)技術(shù)更是突破傳統(tǒng)死區(qū)，經(jīng)歷著飛躍性發(fā)展。氣動(dòng)伺服技術(shù)作為本學(xué)科的前沿研究領(lǐng)域，備受人們的重視。氣動(dòng)伺服定位技術(shù)已能使氣缸在高速運(yùn)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)、高精度定位，突破了傳統(tǒng)的氣動(dòng)定位方法?；诒姸嘀行∑髽I(yè)關(guān)于工程可行性好、性價(jià)比高的氣動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備改造的需求，本文提出了一種低成本的基于比例方向閥的直線氣缸位置控制系統(tǒng)，仿

2、真結(jié)果表明其具有理想的控制性能，因而以期其能在工程中獲得推廣和應(yīng)用。 文中以氣體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，運(yùn)用諸如熱力學(xué)定律、能量守恒定律、牛頓第二定理等一些已知的定理和定律，通過一些合理而必要的假定和簡化，獲得了被控對(duì)象的基本狀態(tài)方程。最后，利用Simulink強(qiáng)大的非線性建模功能，建立了一個(gè)全新的基于比例方向閥的直線氣缸位置控制系統(tǒng)的非線性模型。其中，關(guān)于氣缸非線性摩擦力的模型，文中充分考慮了氣缸因加工而引起的不同位置摩擦力不同的因素，

3、進(jìn)一步改進(jìn)和完善了前人的研究成果，使得該非線性模型更加接近實(shí)際系統(tǒng)，為研究系統(tǒng)的控制策略提供了基礎(chǔ)和依據(jù)，也為研究其它氣動(dòng)伺服系統(tǒng)的建模提供了一個(gè)新的思路。同時(shí)，文中利用Simulink的線性化工具對(duì)系統(tǒng)模型在具體工作位置作了線性化處理，為PlD控制器的參數(shù)設(shè)定提供了依據(jù)。 關(guān)于控制策略的研究，文中針對(duì)常規(guī)PID控制器對(duì)系統(tǒng)控制時(shí)在目標(biāo)值附近出現(xiàn)的緩慢“爬行”振蕩問題，指出了這是由于氣體的壓縮性引起氣體壓力響應(yīng)的滯后和氣缸非線性

4、摩擦力相互作用的結(jié)果，從而確定了復(fù)合智能積分PID控制策略，并獲得了理想的控制效果。同時(shí)，關(guān)于氣缸摩擦力的順饋補(bǔ)償控制，由于氣缸摩擦力無法直接實(shí)時(shí)測量獲得，因而不滿足順饋控制的基本要求，文中關(guān)于此點(diǎn)提出了兩種間接獲得實(shí)時(shí)測量的途徑，即由氣缸兩腔的壓力和活塞的加速度通過牛頓第二定理間接獲得，或者通過活塞速度利用所建立的氣缸摩擦力模型而間接獲得。最后，本文充分考慮到氣動(dòng)系統(tǒng)的非線性和時(shí)變性，利用Simuljnk的PID控制器參數(shù)優(yōu)化工具，假