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基于磁流变阻尼器的直线气缸位置控制研究

张文涛  
【摘要】: 气动系统具有许多显著的优点,在工业自动化中得到愈来愈广泛的应用。气动比例位置控制系统由于其价廉、简单、抗污染能力强,已成为气动伺服技术中的重要课题。但是由于气体的可压缩性、系统的非线性以及摩擦力等因素的影响,使得气动比例位置控制系统难以获得满意的性能。针对这一问题,研究人员采取了多种控制策略,虽取得了一些成绩,但往往因结构复杂性、不稳定等原因,难以在生产实际中使用。 PID是经典控制理论的核心,在控制领域有非常深入的研究。由于其算法简单、调节方便及可靠性高,被广泛应用于控制中,尤其是用于可建立较精确数学模型的确定性系统。然而PID控制又具有系统参数适应能力差,对干扰敏感的缺点。纠其原因是因为:PID对非线形系统的控制是基于工作点上小范围线形化理论的,要求工作过程中工作点必须稳定,且各参量在工作点附近的变化范围不能太大。为此若气动系统采用PID控制,其主要参数:质量流量、压力等在位置控制的目标点附近变化范围不能太大,且工作点应稳定。 本文对磁流变(MRF)阻尼器进行了特性改造,并利用经特性改造磁流变(MRF)阻尼器,对运动过程采用分段变阻尼的控制方法,即在离目标位置距离较大时,使磁流变(MRF)可控阻尼处于低阻尼态,快速接近目标,缩短接近目标的时间;在离目标小于等于某距离时将磁流变(MRF)可控阻尼器接通励磁电,为系统加入适当阻尼,提高动态性能。接入可变阻尼的另一个重要作用就是稳定目标位置附近的工作点。这样就保证了工作点稳定,就可以在工作点附近将模型线性化得到较准确的数学模型,就可以采用结构简单、调节方便及可靠的PID算法对所建被控对象进行控制。 文中针对启动位置控制在目标值附近由于摩擦力而造成的缓慢“粘滑”振荡问题,在控制过程中,根据气缸速度与摩擦力的关系,对非线性库仑摩擦力进行实时的补偿,以消除非线性库仑摩擦力的影响;而保留对系统动态性能有益的粘性摩擦力。 仿真结果表明,该方法对气缸任意位置可控,而且具有良好的控制效果。


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