检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：董宗彬兰州理工大学

学位级别：硕士

气动技术具有一系列显著优点,因此在工业生产中得到了越来越广泛的应用,已成为实现自动化技术不可缺少的手段。而气动人工肌肉作为一种新型的气动执行元件,具有结构简单、功率自重比大、有良好柔性、无泄漏、不会损害操作对象等优点。... 详细信息

气动技术具有一系列显著优点,因此在工业生产中得到了越来越广泛的应用,已成为实现自动化技术不可缺少的手段。而气动人工肌肉作为一种新型的气动执行元件,具有结构简单、功率自重比大、有良好柔性、无泄漏、不会损害操作对象等优点。本文以气动人工肌肉为研究对象,通过理论分析建立了气动人工肌肉较为完整的静动态数学模型,在对气动人工肌肉伺服系统特性分析的基础上提出了采用改进的单神经元自适应PID控制算法对气动人工肌肉的伺服系统进行位置控制。首先,本文在分析气动人工肌肉理想静态数学模型不足的基础上,抓住影响气动人工肌肉特性的主要因素,气动人工肌肉壁厚、摩擦的影响和气动人工肌肉末端弧度的影响,建立了相对简单而又较为完整的气动人工肌肉静态数学模型。其次,将气动人工肌肉系统作为一种气压传动系统来研究,并将气动人工肌肉视为变截面积气缸,在气缸动态特性方程的基础上方便地推导出了描述气动人工肌肉系统动态特性的非线性数学模型,并通过软件仿真了气动人工肌肉的动态特性,仿真表明:气动人工肌肉伺服系统是个强非线性系统。然后,针对气动人工肌肉控制系统强非线性、难于建立精确数学模型的特点,在对其特性分析的基础上,提出气动人工肌肉位置伺服系统的改进单神经元自适应PID控制策略。通过软件仿真表明:常规PID控制由于控制输入的剧烈颤振,容易引起系统响应的抖动,不能获得较好的动态特性,而且对不同压力的适应能力太差,而改进的单神经元自适应PID控制不仅改善了系统动态性能,而且响应平滑。气动人工肌肉位置伺服系统的稳态位置控制精度可达到±0.1mm,对于气动人工肌肉位置控制系统来说,改进的单神经元自适应PID控制是可行的、合理的。为采取其它更有效的方法对气动人工肌肉伺服系统进行位置控制奠定了基础。

关键词：气动人工肌肉静动态特性 PID控制改进的单神经元自适应PID控制气动伺服位置控制

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气动位置伺服系统运动轨迹跟踪控制

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农业机械学报 2013年第4期44卷 268-274,279页

作者：孟德远陶国良朱笑丛班伟钱鹏飞浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 香港理工大学机械工程学系香港999077

为实现气缸的高精度运动轨迹跟踪控制,针对具有控制阀死区的气动位置伺服系统,提出了一种含死区补偿的自适应鲁棒控制策略。控制器由在线最小二乘参数估计和基于反步法设计的非线性鲁棒控制器组成,前者用于减小模型中参数不确定性,后者... 详细信息

为实现气缸的高精度运动轨迹跟踪控制,针对具有控制阀死区的气动位置伺服系统,提出了一种含死区补偿的自适应鲁棒控制策略。控制器由在线最小二乘参数估计和基于反步法设计的非线性鲁棒控制器组成,前者用于减小模型中参数不确定性,后者用于抑制参数估计误差、未建模动态和干扰的影响。采用基于标准投影映射的参数自适应律,控制器的两个部分可以独立进行设计。此外,由于控制阀的死区得到了有效补偿,算法的可移植性好。实验表明,所设计的控制器能实现很高的轨迹跟踪控制精度,对系统参数变化和干扰具有较强的性能鲁棒性。

关键词：气动伺服位置控制运动轨迹自适应控制鲁棒控制死区补偿

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基于神经网络控制的气动位置伺服控制系统研究

基于神经网络控制的气动位置伺服控制系统研究

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作者：胡万强昆明理工大学

学位级别：硕士

气动技术以其传动速度快、无污染等显著优点,在工业生产的许多行业得到了广泛的应用,气动技术已成为现代控制中不可缺少的关键技术之一。但由于气动系统固有的强非线性、固有频率低等缺点,使得控制精度和稳定性难以达到理想的控制效果,... 详细信息

气动技术以其传动速度快、无污染等显著优点,在工业生产的许多行业得到了广泛的应用,气动技术已成为现代控制中不可缺少的关键技术之一。但由于气动系统固有的强非线性、固有频率低等缺点,使得控制精度和稳定性难以达到理想的控制效果,限制其进一步应用和发展。因此,对气动系统进行深入的研究,采取合适的控制策略,提高气动系统的定位精度,具有重要的研究价值和现实意义。本文首先根据气体特性,依据气体热力学理论,经合理的假设和推导,建立以无杆气缸和气动伺服阀构成的气动伺服位置控制系统的数学模型,并通过计算机数字仿真技术对系统特性进行分析和研究。在此基础上,对气动伺服位置控制系统进行了相应控制策略的研究。由于系统具有严重的非线性,采用经典控制方法(PID控制)难以获得理想的控制效果,从而引入神经网络控制策略,利用神经网络自学习、自适应、非线性映射等特点,设计出BP-PID-RBF的神经网络控制器,并进行了仿真。结果表明,这种控制策略,能明显地改善系统的动静态性能,可以实现气缸活塞全行程任意位置上的精确定位,定位精度高、响应快、跟踪效果好。并且从根本上解决了PID控制器参数选取难的问题,也从根本上弥补了系统在建模时忽略摩擦力引起的数学模型不准确的缺陷。

关键词：气动伺服位置控制 BP-PID-RBF控制神经网络控制定位精度

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高精度气动同步系统研究

高精度气动同步系统研究

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作者：孟德远浙江大学

学位级别：博士

因为具有功率-质量比大、清洁、结构简单、易维护等优点,气动同步技术在机器人、工业自动化和医疗机械等领域具有广泛的应用前景。但是气动系统具有很多不利于精确控制的弱点,如强非线性、参数时变性和模型不确定性等,如何提高气动位置... 详细信息

因为具有功率-质量比大、清洁、结构简单、易维护等优点,气动同步技术在机器人、工业自动化和医疗机械等领域具有广泛的应用前景。但是气动系统具有很多不利于精确控制的弱点,如强非线性、参数时变性和模型不确定性等,如何提高气动位置伺服系统的轨迹跟踪控制性能和如何实现多执行元件同步控制仍是当前气动技术研究的一个重要方向。本论文以一个双气缸的气动同步系统为研究对象,以实现单缸的高精度运动轨迹跟踪控制和双缸的精确位置同步控制为研究目标,利用理论分析和实验相结合的方法,从建立精确描述系统特性的非线性模型入手,深入的研究了气动伺服位置控制策略和气动同步控制方法。为实现气缸的高精度运动轨迹跟踪控制,本论文首先基于LuGre模型对气缸摩擦力进行了补偿,并提出了一种含死区补偿的自适应鲁棒控制策略。该控制器采用双观测器来估计摩擦力内状态,通过在线最小二乘参数估计来减小模型中参数不确定性,并利用非线性鲁棒控制来抑制参数估计误差、未建模动态和干扰的影响,从而保证一定的鲁棒瞬态性能和高的稳态跟踪精度。由于使用了标准投影映射技术,参数自适应律与非线性鲁棒控制器两个部分可以独立进行设计。鉴于系统模型中的不确定性是非匹配的,采用了反步法来设计非线性鲁棒控制器。此外,由于控制器能在线辨识阀的死区参数并对死区进行补偿,算法的可移植性好。在此基础上,将交叉耦合思想与直接/间接集成自适应鲁棒控制结合起来,提出一种基于交叉耦合方法的自适应鲁棒气动同步控制策略,实现了双缸的精确位置同步控制。本论文共分六章,现将各章内容分述如下：第一章,详细介绍了气动伺服位置控制的研究现状,指出提高气缸的轨迹跟踪控制性能仍是当前气动技术研究的一个重要方向;简述了气动同步控制的研究背景和研究现状;最后概述了本课题的研究意义、研究难点以及主要研究内容。第二章,描述了气动同步系统实验装置的硬件组成;研究了气体通过控制阀阀口的流动、气缸两腔内气体的热力过程和气缸的摩擦力特性等问题,建立了气动同步系统的非线性模型,为控制器设计做好准备;通过参数辨识,获得了控制阀阀口开度与控制电压的关系以及缸内空气与气缸内壁间的热传导率;为满足高精度气动伺服位置控制时基于模型的摩擦力补偿需要,建立了气缸的LuGre动态摩擦模型并对其中参数进行了辨识。第三章,给出气动同步系统某一轴的非线性状态空间模型,并分析系统的控制难点,归纳出为实现气缸的高精度运动轨迹跟踪控制,所采用的控制方法必须考虑模型中参数不确定性和不确定非线性的影响。首先为气动位置伺服系统设计一个鲁棒自适应控制器和一个确定性鲁棒控制器,通过分析二者的优点和研究如何将它们有机结合,提出了一种气动位置伺服系统的自适应鲁棒运动轨迹跟踪控制策略。它采用在线参数的自适应调节减小模型参数不确定性,同时通过鲁棒控制律抑制不确定非线性的影响,从而达到较好的动态性能和较高的稳态跟踪精度。实验证明,自适应鲁棒控制器是有效的,控制性能高于文献中已有的研究成果,且对系统参数变化和干扰具有较强的性能鲁棒性。第四章,在上一章研究的自适应鲁棒控制器基础上,通过引入一个动态补偿型快速自适应项,设计了直接／间接集成自适应鲁棒控制器,提高了系统瞬态跟踪性能;针对比例方向控制阀存在显著的死区且不同阀的死区特性差异较大的情况,提出一种含死区补偿的直接／间接集成自适应鲁棒控制器,在线辨识阀的死区参数并通过构造死区逆对死区进行补偿,提高了算法的可移植性;为进一步提高气缸低速运行时的轨迹跟踪控制精度,研究了基于LuGre模型的气缸摩擦力补偿方法以及如何将该补偿方法与直接／间接集成自适应鲁棒控制方法结合起来。最后,通过实验证明了上述气动位置伺服系统的高精度运动轨迹跟踪控制策略的有效性。跟踪幅值为0.125m、频率为0.5Hz正弦轨迹时,最大稳态跟踪误差为1.32mm,平均稳态跟踪误差为0.68mm,瞬态过程最大跟踪误差为1.61mm;跟踪低速正弦轨迹时,最大稳态跟踪误差为0.59mm,平均稳态跟踪误差为0.21mm。第五章,提出一种基于交叉耦合方法的自适应鲁棒气动同步控制策略,既保证多气缸精确同步又不影响系统中每一气缸的轨迹跟踪控制精度,基本思想是：将同步误差反馈至每个轴控制器的输入端与轨迹跟踪误差组成一个新的称为耦合误差的变量,为每个轴分别设计直接/间接集成自适应鲁棒控制器使耦合误差收敛,实现轨迹跟踪误差和同步误差同时收敛。给出了控制器的详细设计步骤,并以双气缸同步为例,通过实验证明控制器的有效性和性能鲁棒性。跟踪幅值为0.125m、频率为0.5Hz的正弦期望轨迹时,最大同步误差为1.25mm左右,平均同步误差为0.67mm左右。第六章,对本论文的主要工作、研究结论和创新点进行了总结,并对未来的研究工作进行了展望。

关键词：气动伺服位置控制运动轨迹跟踪控制同步控制自适应鲁棒控制交叉耦合死区补偿 LuGre模型摩擦力补偿

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基于振动减摩原理的低摩擦气缸及其运动轨迹跟踪控制

基于振动减摩原理的低摩擦气缸及其运动轨迹跟踪控制

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作者：夏鹏江苏大学

学位级别：硕士

气动技术是一种利用压缩空气进行能量传递或信号传递的工程技术,其本身凭借环保无污染、结构简单轻便、压力等级低和可靠性高等优势,在汽车制造行业、食品饮料行业及各种非标自动化行业领域得到了普遍应用。直线气缸因受到摩擦力等非线... 详细信息

气动技术是一种利用压缩空气进行能量传递或信号传递的工程技术,其本身凭借环保无污染、结构简单轻便、压力等级低和可靠性高等优势,在汽车制造行业、食品饮料行业及各种非标自动化行业领域得到了普遍应用。直线气缸因受到摩擦力等非线性因素的影响,低速状态下往往会出现运动不平稳、伺服控制精度不高等问题。因此,本文将压电叠堆与气缸相结合,利用振动减摩原理改善气缸摩擦特性,进而提高气缸运动轨迹跟踪精度。摩擦力是影响气缸低速平稳运行的关键因素,在常见的摩擦模型中选择库仑模型和Dahl模型,根据振动条件下杆件运动方程分别对基于这两种模型的振动减摩理论进行建模。通过数值仿真研究振动速度与滑动速度之间的关系对减摩效果的影响并与实验进行对比,得到以下规律:振动减摩的实质是单位周期内平均摩擦力的降低;在振动条件下,只有当振动速度大于滑动速度时,才会出现减摩现象,且减摩效果随着振-滑速度比的增加而愈发明显;相较于库仑模型,基于Dahl模型的振动减摩理论因考虑了预位移现象而更加符合实际工况。在常见的缸筒振动模态中,从可行性角度考虑,选择纵向振动作为气缸的激振模态,进而提出了一种利用压电叠堆逆压电效应实现缸筒纵向振动的减摩气缸。通过模态分析确定了该气缸在纵向振动条件下压电叠堆能够激发出的谐振频率。之后对其进行谐相应分析和电压激励分析,得到质点运动轨迹图,验证了振动减摩气缸结构的合理性和可行性。同时发现电压与振幅之间为线性关系,即电压与减摩效果成正比。根据振动减摩理论和有限元分析,研制了一种基于纵向振动模态的减摩气缸样机,通过阻抗分析仪获得该样机的实际谐振频率。搭建了能够实现气缸样机静、动摩擦力测试的测试系统,根据实验得到了振动频率与摩擦力之间的关系,发现气缸在谐振状态下摩擦力显著降低,进而研究了两腔气压、激励电压及气缸运动速度对减摩效果的影响,结果表明:谐振频率下的气缸静、动摩擦力分别降低了约25%和18%;气缸摩擦力随着激励电压的提高而降低,随着两腔压力的增加而增加;当激励电压和振动频率一定,逐渐提高气缸运动速度,发现减摩效果逐渐削弱,直至完全消失,即气缸出现振动减摩现象的条件是其运动速度要小于某个临界值(即振动速度)。为探究振动减摩效应对气动伺服控制的影响,建立气动系统数学模型,搭建了气缸轨迹跟踪控制实验平台。在控制器设计上选择PID算法和滑模控制算法,并分别基于这两种控制算法进行了轨迹跟踪实验,发现基于模型的滑模控制算法性能明显优于PID控制算法,在控制精度上约有30%左右的提高;此外,高频振动的引入提升了气缸低速阶段的跟踪性能,尤其在换向阶段,运动轨迹跟踪精度最大约有20%的提高。

关键词：气缸摩擦力振动减摩气动伺服位置控制 PID控制滑模控制

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可编程气动伺服DSP控制器研究

可编程气动伺服DSP控制器研究

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作者：孟凡淦浙江大学

学位级别：硕士

气动伺服系统具有成本低、清洁、维护方便等优点,但由于气动系统具有强非线性和参数时变性,导致实现高精度的气动伺服控制非常困难。本课题将在既有的自适应鲁棒控制算法的研究基础上加以改进,开发嵌入式气动伺服控制器,并结合电脑端轨... 详细信息

气动伺服系统具有成本低、清洁、维护方便等优点,但由于气动系统具有强非线性和参数时变性,导致实现高精度的气动伺服控制非常困难。本课题将在既有的自适应鲁棒控制算法的研究基础上加以改进,开发嵌入式气动伺服控制器,并结合电脑端轨迹编程软件,进行了高精度轨迹跟踪控制和定位控制的可编程气动伺服控制器研究。首先对比分析了现有的气动伺服系统的模型和控制策略,介绍了嵌入式气动伺服控制器和可编程控制器的研究与应用现状,分析了多种嵌入式控制器方案的适用范围。然后从气动伺服控制器的硬件需求出发,设计了以DSP28335为处理器核心,并扩展数据采集与处理、控制信号输出、USB串行通信、蓝牙通信、数据存储等功能模块的控制器硬件。软件开发部分,使用Qt开发了通过G指令进行三阶S曲线规划的可编程软件,文中讨论了三阶S曲线的推导过程,并说明了所设计的G指令使用规则和相关功能;DSP外设驱动软件部分主要介绍了挂载在DSP28335芯片上的A/D转换芯片、D/A转换芯片、Flash芯片以及DSP片上的串行通信、定时器等驱动的程序的开发。为了进一步提高自适应鲁棒控制算法的可移植性和智能性,应用一种基于气缸充气腔压力变化的比例方向阀死区辨识方法,并由实验验证了该辨识方法是稳定准确的;为了使用LuGre摩擦力模型更加准确地描述气缸摩擦力,应用基于遗传算法的气缸摩擦力辨识方法;并在信号处理方面,介绍了卡尔曼滤波器和非线性微分跟踪器分别在压力信号滤波和位移信号微分滤波上的应用。为了实现自适应鲁棒控制参数的自调整功能,利用RBF神经网络收敛速度快而适于实时控制,应用一种基于RBF神经网络的控制参数自调整方法。最后,搭建了单个气缸组件的气动伺服控制系统,首先测试了控制器硬件的信号采集精度和控制信号的输出精度,经测试满足气动伺服系统的控制要求。实验验证了控制器参数自调整算法并进行了阶跃轨迹跟踪实验、不同频率的正弦轨迹跟踪实验和S曲线轨迹跟踪实验以及定位控制实验。

关键词：可编程轨迹 DSP控制器气动伺服位置控制自适应鲁棒控制算法摩擦力与死区辨识控制参数自调整

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基于模型和算法移植的气动伺服DSP控制器研究

基于模型和算法移植的气动伺服DSP控制器研究

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作者：周超超浙江大学

学位级别：硕士

气动伺服技术具有清洁、功率质量比大、维护简便等优势,在机器人、医疗机械等场合应用广泛。本课题采用课题组现有高性能控制算法原型,加以改进后,研发了集成先进控制策略的气动伺服控制器,测试表明是国内高性能轨迹跟踪嵌入式气动伺服... 详细信息

气动伺服技术具有清洁、功率质量比大、维护简便等优势,在机器人、医疗机械等场合应用广泛。本课题采用课题组现有高性能控制算法原型,加以改进后,研发了集成先进控制策略的气动伺服控制器,测试表明是国内高性能轨迹跟踪嵌入式气动伺服控制器成果。主要内容如下:第一章:详述嵌入式气动伺服控制器的研究进展,以及气动伺服系统的结构、建模和控制理论研究成果,明确了控制器主要研究内容。第二章:分析了直接/间接集成自适应鲁棒控制算法的结构,在此基础上加以改进,设计了压力观测器,证明是负载独立且稳定的,拟替代压力传感器;设计了Kalman滤波器用于在线滤波及估计速度和加速度,仿真和应用表明具有良好的效果,替代了高成本的速度和加速度传感器;测量了比例方向阀的准确模型。第三章:提出了基于DSP的气动伺服控制器电路方案,设计了单气缸和三轴平台的气动伺服控制器电路并制板了控制器。采用XINTF总线扩展了多通道AD采集和DA输出,设计反相器和异或器实现在同一Zone区域悬挂多个器件的方法;具有CAN通信隔离、开关量输出、和指示灯等功能,接口标准化。第四章:采用基于模型的设计方法实现了算法的嵌入式软件生成,并进行了软件在环(SIL)仿真验证,表明设计有效。提供算法运行的DSP环境,在主任务程序中根据定时器节拍标志运行复杂的控制算法,合理配置CAN外设,实现了高效通信;控制器具有参数掉电存储、在线调试修改功能,使得控制器更通用。第五章:搭建测试系统,编写了基于MFC的上位机控制、调试及监控软件,并详细测试气动伺服控制器性能。上位机监控软件实现了示教器的位姿采集与保存、轨迹数据传输与通信、实时控制器参数修改等六大模块,方便了控制器参数调优。单轴控制器达到了算法运行1ms实时性要求,运行稳定。负载实验表明系统具有良好抗冲击负载鲁棒性,控制器的稳态轨迹跟踪性能达到了平均误差与行程幅值的比小于1.5%的高精度,实现了预期目标。第六章:总结气动伺服控制器的研究工作,展望了未来研究方向。

关键词：控制器气动伺服位置控制自适应鲁棒控制嵌入式基于模型设计

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