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气动伺服定位系统的理论研究与应用

谢朝夕  
【摘要】:气动技术具有一系列显著优点,在工业生产中得到了越来越广泛的应用,己成为自动化不可缺少的重要手段。进入90 年代后,气动技术更突破传统死区,经历着飞跃性进展。气动伺服技术作为本学科的前沿研究领域,备受人们的重视。气动伺服定位技术已能使气缸在高速运动下实现任意点高精度定位,突破传统的气动定位方法。基于现代工业在物流自动化上的需要,本文研发了一种新型的气动伺服输送机。 气缸的特性和阀的特性是影响气动位置控制系统的主要因素。本文首先对气缸的动、静态特性进行了理论分析,通过实验来建立气缸的动力学、比例方向控制阀流量特性近似的数学模型,对气动输送机位置控制系统建立了非线性数学模型,并通过计算机仿真技术对系统特性进行研究,讨论了系统参数对系统性能的影响,得出系统开环频率响应特性。在此基础上,对气动比例方向控制系统进行了相应的控制策略研究。由于系统具有严重非线性,仅仅采用经典控制方法(如PID控制)很难获得良好的控制效果,不适合于控制对象参数变化、非线性程度大等场合。本文提出一个新的控制算法,即零—极点配置的自校正自适应控制算法,结合PID 进行调整,加之现场整合,结果表明:同单独运用PID 控制相比,本文所提出的控制策略能明显改善系统的动态性能。 全文给予气体的热力学分析利用热力学建立了系统的动态数学模型,为全文进一步分析与讨论提供了基础与依据。对气动比例阀的特性进行了较为深入的研究,为伺服控制系统的高精度的定位控制提供了理论基础,改善系统性能提供了指针。针对阀控缸建立数学模型,以工控机为平台利用MCGS 组态软件编写控制面板,A/D、D/A 采集卡对数据采集,传感器检测气缸活塞的实时位置,从而利用气动伺服定位系统的PID 增益算法,调节不同的比例、积分、微分系数,利用vc++编写自适应控制程序,根据气动伺服定位系统的闭环零—极点配置原理求出最佳状态反馈增益。利用MATLAB 对系统的仿真,理论上达到了预期的效果,通过试验研究,获得良好的控制效果,证明理论模型正确、控制方法可行。


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