气动直角型复合运动平台定位控制研究

发布时间：2017-09-30 16:14

  本文关键词：气动直角型复合运动平台定位控制研究

  更多相关文章： 自抗扰控制 无杆气缸 定位 自稳定域 颜色识别

【摘要】：气动系统因其结构简单、干净无污染、性价比高以及操作可靠等优点,在工业、农业、军事以及卫生医疗领域应用越来越广泛。但是,气体的可压缩性与气动元件的非线性特性为气动系统的高精确控制带来很大的挑战。如何实现气动系统的高精确控制成为当代研究热点之一。在众多气动系统中,阀控缸系统作为一种典型的气动系统得到了广泛的研究。但在气缸高精度定位方面还需要进一步提高。对此,本文搭建了气动直角型复合运动平台,采用自抗扰控制算法对无杆气缸的高精度定位问题进行了研究。首先,为完成气动实验平台的整体运动过程,需设计被控模块的移动规则。通过摄像头采集被控模块图像,经过目标提取、颜色识别等操作,辨识出每一个模块的颜色。在此基础上,设计基于图像处理被控模块归位算法。其次,针对无杆气缸系统存在的强非线性问题,建立了简化的阀控缸系统模型,并采用自抗扰控制算法研究无杆气缸的定位问题。并采用自稳定域理论与李雅普诺夫稳定方法论证了该算法的有效性。其中,自抗扰控制算法中的扩张状态观测器可以实时估计无杆气缸系统中的非线性部分及综合扰动。将此估计量反馈到非线性控制器中可以有效地补偿系统非线性与扰动的影响。最后,通过实验验证,对于给定200mm的阶跃信号,可实现0.05mm高精度定位。最后,采用单纯的自抗扰控制算法实现了无杆气缸的高精度定位。但是,也存在系统响应滞后和响应速度慢的问题。因此,基于Backstepping思想,设计了一种带压强反馈的控制器提高无杠气缸的响应速度。同时,沿用之前设计的非线性误差反馈控制器以保证系统响应精度。两种非线性控制器按一定规则切换保证无杆气缸实现快速高精度定位。最后,通过实验对比验证,对于给定200mm的阶跃信号,该方法即可实现0.05mm高精度控制,其响应速度也可以提高一倍。
【关键词】：自抗扰控制 无杆气缸 定位 自稳定域 颜色识别
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究意义10-12
• 1.2 课题研究现状12-15
• 1.2.1 阀控缸系统研究现状12-13
• 1.2.2 自抗扰控制理论简介13-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 第2章 气动直角型复合运动平台简介16-24
• 2.1 气动直角型复合运动平台16-17
• 2.2 实验平台元件简介17-22
• 2.3 气动直角型机械手22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 模块颜色识别及归位算法设计24-34
• 3.1 引言24
• 3.2 对象的图像处理与辨识24-29
• 3.2.1 图像分割24-27
• 3.2.2 图像校正27-29
• 3.3 模块归位算法设计29-33
• 3.3.1 模块归位算法思路29-32
• 3.3.2 模块归位算法运行结果32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 无杆气缸自抗扰定位控制研究34-50
• 4.1 引言34
• 4.2 无杆气缸系统34-35
• 4.3 自抗扰控制算法35-43
• 4.3.1 跟踪微分器设计35-36
• 4.3.2 扩张状态观测器设计36-40
• 4.3.3 非线性误差反馈控制器设计40-43
• 4.4 实验验证43-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 无杠气缸BACKSTEPPING自抗扰定位控制研究50-68
• 5.1 引言50
• 5.2 无杆气缸系统50-54
• 5.2.1 无杆气缸系统模型51
• 5.2.2 比例阀模型51-54
• 5.3 多控制器切换控制策略54-60
• 5.3.1 扩张状态观测器的设计55-57
• 5.3.2 基于Backstepping的控制器设计57-60
• 5.4 仿真与实验验证60-67
• 5.5 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果74-75
• 致谢75

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本文编号：949168