气动比例伺服系统控制算法及实验研究

发布时间：2020-09-19 18:40

　　随着工业机械化和自动化的发展,气动技术凭借其独特的优点在工程技术领域得到了越来越广泛的应用。但气动系统由于其固有的强非线性和低刚度的弱品质,使得其控制性能和效果不太理想。随着现代控制理论和智能控制理论的不断完善和发展,以及高性能的电/气比例伺服阀的出现,使得气动技术实现高精度和高响应控制成为可能。本文运用自校正自适应控制理论对气动位置伺服控制系统进行了研究。在气动系统中,气缸运动时容腔中气体的各参数和变量是非线性变化的,所以气动系统的精确建模比较困难,这也是运用经典控制理论无法对气动系统进行良好控制的原因。本文通过分析研究,首先建立了气动位置伺服控制系统的近似数学模型,并对影响其控制性能的主要性能参数进行了定性分析。在此基础上,建立了气动伺服控制系统的离散数学模型,并运用自校正自适应控制理论设计了气动控制系统的零——极点配置自校正控制器,利用在线辨识的方法实时辨识系统参数、修正控制输出值,取得了较好的控制效果。在气动控制系统中,气缸摩擦力及其它扰动因素对系统的控制性能影响很大,因此,在系统的离散数学模型上应尽量精确的反映系统的气缸摩擦力等扰动因素,本文提出了提高气动位置控制系统离散模型中的噪声多项式的阶次的方法。这样,当气缸在运动过程中时,运用在线辨识精确估计离散模型中噪声多项式的值,就能充分考虑摩擦力及其它扰动因素对气动系统动态特征参数的影响,从而可明显提高控制系统的辨识精度和位置控制精度。实验证实了这一方法的正确性。在对系统进行在线辨识时,辨识算法的优劣直接影响离散数学模型反映辨识过程的准确程度,从而影响控制精度。通过对辨识方法的分析比较,本文分别用固定遗忘递推最小二乘法和修正平方根法对气动位置伺服系统进行在线辨识,并通过实验证明了修正平方根法的辨识精度要好于固定遗忘递推最小二乘法。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2006
【中图分类】：TH138
【部分图文】：

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重庆大学硕士学位论文 1 绪论1.2 气动伺服系统简述由于气动系统固有弱品质的影响，使得对气动系统的精确控制具有较大的困难，随着微电子技术和控制理论的快速发展，人们采取了各种各样的方法来提高气动伺服系统的控制性能。目前，气动伺服控制系统的形式虽然各种各样，但其系统结构基本相同。

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重庆大学硕士学位论文 1 绪论速度可通过位移的一次微分并滤波后得到。而通过位移信号二次微分得到的加速度信号存在严重的失真，因此可采用状态观测器得到加速度。其中，最佳反馈增益仅仅取决于基本的系统数据，如气缸长度和直径、伺服阀通径、负载质量及气源压力等。气缸摩擦力的大小直接影响系统的定位精度，特别是在气缸的低速运行时，由于加工和装配因素，不同位置的摩擦力不全相同，特别是气缸的静、动摩擦力之差的存在，相当于对系统作用有摩擦力脉冲干扰，对低速运行的不平稳将产生直接的影响——容易出现低速爬行现象。由于气动执行器件摩擦力的非线性和时变性，对摩擦力的影响可采取以下两种方法：摩擦力数学模型+实验方法、摩擦力观测器法。对摩擦力的影响采取一定措施后能有效消除系统爬行现象，且启动滞后现象明显减小。

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庆大学硕士学位论文 1 绪由于自校正控制技术特别适用于结构部分已知和参数未知而恒定或缓慢变随机受控系统，因此本论文采用了极点配置自校正自适应控制法控制气动伺统。1.3.2 基于智能控制理论的几种算法智能控制系统的结构可以根据被控对象及环境复杂性和不确定性的程度、指标要求等具有不同的结构但基本机构如下图所示，分为智能控制器和外部两大部分：① 智能控制器由智能信息识别和处理、数据库、控制决策、认知学习、知识库、评价机构等六部分组成；② 外部环境由被控对象、传感器、和执行器，以及外部干扰等不确定因成。

【引证文献】