基于运动和压力独立控制的气动同步系统研究

发布时间：2022-02-15 01:30

　　随着微电子技术的飞速发展,气动伺服系统特别是气动伺服位置控制系统得到越来越广泛的应用。采用气动伺服位置控制可以方便地实现多点无级定位（柔性定位）和无级调速。此外,利用气动伺服位置控制系统中气缸运动速度的连续可调来替代传统的节流阀加端部缓冲的方式,可以获得最佳的速度与缓冲效果,大幅度地降低气缸的动作时间,缩短工序节拍,提高生产率。由于气体的可压缩性,气动产品可实现软接触,动作柔和,气动技术的这个特性,是其他机电产品望尘莫及的。基于运动和压力独立控制的气动同步系统实际上是将控制运动轨迹和压力轨迹的负载口独立控制技术应用于气动同步系统。与传统进出节流阀口机械联动的气动系统相比较,其先进性主要体现在:（1）单只气缸的两个控制自由度和进排气节流阀口的面积比可变提高了系统柔性;可根据负载类型实时修改控制策略,所有工作点均可达到最佳控制性能。（2）采用精确的计算流量反馈来快速精确控制压力,从而避免了由于气体压缩性和环境因素引起不能预测的压力响应滞后导致换向阀误切换的问题。（3）在加速过程中,通过加大进、排气阀的开度以保证其快速性,在减速和制动过程中,通过控制排气侧压力来避免压力冲击和振荡,提高负载减... 

【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：205 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 气动伺服位置控制系统的发展概况
        1.2.1 研究分类
        1.2.2 进出口联动控制的阀控缸系统
        1.2.3 负载口独立控制的阀控缸系统
        1.2.4 同步运动的气动伺服位置控制系统
    1.3 课题的研究意义及研究内容
        1.3.1 课题的来源及意义
        1.3.2 研究难点
        1.3.3 研究内容
    1.4 本章小结
第二章 气动同步系统的实验装置和数学建模
    2.1 引言
    2.2 气动同步系统的实验装置
        2.2.1 同步系统的原理
        2.2.2 气动同步系统与加载系统的硬件组成
    2.3 气动同步系统的数学模型
        2.3.1 数学建模的假设条件
        2.3.2 气缸的运动动力学方程
        2.3.3 气缸的压力微分方程
        2.3.4 比例阀的非线性模型
        2.3.5 质量流量公式
        2.3.6 无杆气缸的固定容积
    2.4 本章小结
第三章 自适应鲁棒压力轨迹跟踪控制研究
    3.1 引言
    3.2 自适应鲁棒压力控制策略
        3.2.1 压力微分方程
        3.2.2 假设条件与控制难点
        3.2.3 参数投影映射
        3.2.4 期望压力轨迹初始化
        3.2.5 自适应鲁棒压力控制器的设计
        3.2.6 自适应鲁棒压力控制原理框图
    3.3 自适应卡尔曼滤波器的设计
    3.4 鲁棒反馈项的调节方法
    3.5 压力轨迹跟踪控制试验研究
        3.5.1 性能指标
        3.5.2 阶跃压力轨迹跟踪
        3.5.3 正弦压力轨迹跟踪
        3.5.4 抗干扰性能测试
        3.5.5 不同气源压力
    3.6 本章小结
第四章 自适应鲁棒运动轨迹跟踪控制研究
    4.1 引言
    4.2 自适应鲁棒运动控制策略
        4.2.1 气缸的运动动力学方程
        4.2.2 气缸的压力微分方程(A腔)
        4.2.3 假设条件与控制难点
        4.2.4 参数投影映射
        4.2.5 期望运动轨迹初始化
        4.2.6 自适应鲁棒运动控制器的设计
        4.2.7 自适应鲁棒运动控制原理框图
    4.3 速度逼近位移修正的原理
        4.3.1 期望速度修正项的作用及其选取方法
        4.3.2 误差调节过程中的工况及其转化过程
    4.4 试验结果分析
        4.4.1 阶跃运动轨迹跟踪
        4.4.2 正弦运动轨迹跟踪
        4.4.3 不同压力等级的影响
        4.4.4 不同系统外力的影响
    4.5 本章小结
第五章 运动与压力独立控制的若干问题研究
    5.1 引言
    5.2 负载口独立控制系统的静态工作点
        5.2.1 流阻与流导
        5.2.2 单执行机构简化模型
        5.2.3 简化模型分析
        5.2.4 系统速度敏感分析
        5.2.5 能量损失分析
    5.3 耗气量分析
        5.3.1 最大速度和平均速度
        5.3.2 最大耗气量和平均耗气量
        5.3.3 负载口独立控制系统的耗气量曲线
    5.4 负载口独立控制系统的线性化分析
        5.4.1 线性化的假设条件
        5.4.2 运动动力学方程的线性化
        5.4.3 压力微分方程的线性化
        5.4.4 质量流量公式的线性化
        5.4.5 负载口独立控制系统的传递函数
        5.4.6 负载敏感度和动态刚度
    5.5 本章小结
第六章 机器摩擦力及气缸摩擦力研究
    6.1 引言
    6.2 古典摩擦理论及摩擦力建模
    6.3 一般机器摩擦的四个状态
    6.4 与位置有关的静摩擦区域及其建模
        6.4.1 预位移的建模
        6.4.2 变化的极限静摩擦力建模
    6.5 与速度有关的动摩擦区域及其建模
        6.5.1 什特里别克效应建模
        6.5.2 摩擦滞后现象建模
    6.6 气缸摩擦力的影响因素及已有的摩擦力建模
    6.7 无杆气缸的摩擦力建模、测试与辨识
        6.7.1 已有的气缸摩擦力测试结果与结论
        6.7.2 无杆气缸的极限静摩擦力与停滞时间的关系
        6.7.3 无杆气缸的极限静摩擦力与压力上升速率的关系
        6.7.4 无杆气缸的粘性摩擦系数与运动时间的关系
        6.7.5 气缸摩擦力完整的非线性模型
        6.7.6 气缸摩擦力简化的非线性模型
    6.8 本章小结
第七章 无杆气缸的气动同步控制策略研究
    7.1 引言
    7.2 同步控制方式说明
    7.3 方式一:两缸运动开环、压力开环
    7.4 方式二:两缸运动开环、压力闭环
    7.5 方式三:单缸运动闭环、压力闭环
    7.6 方式四:两缸运动闭环、压力闭环、同步误差不反馈
    7.7 方式五:两缸运动闭环、压力闭环、同步误差双反馈
    7.8 方式六:两缸运动闭环、压力闭环、同步误差单反馈
    7.9 本章小结
第八章 总结与展望
    8.1 论文总结
    8.2 创新点
    8.3 气动同步系统的研究展望
参考文献
作者简历及在攻读博士学位期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]液压系统同步技术在冶金行业的应用[J]. 钱有明.  冶金设备. 2007(04)
[2]润滑点接触粗糙表面滑动摩擦因数的实验研究[J]. 王顺,胡元中,王文中,王慧.  润滑与密封. 2006(07)
[3]气压伺服系统高性能鲁棒控制器的设计[J]. 王祖温,詹长书,杨庆俊,李军,包钢.  机械工程学报. 2005(11)
[4]汽缸摩擦力特性实验研究[J]. 张百海,程海峰,马延峰,彭光正.  北京理工大学学报. 2005(06)
[5]气动位置伺服系统的NN-IMC控制研究[J]. 陈奎生,易建钢,黄浩,刘光临.  中国机械工程. 2004(23)
[6]基于预测模型自适应控制的航空气动伺服系统[J]. 苏发院,钱坤,于东军,何秀然.  液压与气动. 2004(09)
[7]爬壁机器人气动位置伺服控制研究[J]. 张厚祥,刘荣,王巍,宗光华.  北京航空航天大学学报. 2004(08)
[8]自校正调节器在具有阻力负载的气动位置伺服系统中的应用[J]. 王鹏,彭光正,伍清河.  控制理论与应用. 2004(04)
[9]基于QFT的开关阀控气动位置伺服系统鲁棒控制[J]. 王祖温,孟宪超,包钢.  机械工程学报. 2004(07)
[10]滑模控制方法在气动伺服控制系统中的应用[J]. 钱坤,董新民,谢寿生,刘建勋.  液压与气动. 2004(06)

博士论文
[1]气动肌肉并联关节高精度位姿控制研究[D]. 朱笑丛.浙江大学 2007

硕士论文
[1]气缸低速摩擦特性的研究[D]. 谢祖刚.浙江大学 2003



本文编号：3625640