气压垂直伺服定位系统的研究

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1、哈尔滨工业大学硕卜论文摘要气压传动系统，以其防磁、防火、防爆、快速、易维护等特点，在工业自动化技术中有着较为广泛的应用，它的设计和应用已经比较成熟。随着工业自动化技术的发展，开始对气动伺服技术产生需求，但是由于气动伺服系统非线性强、模型复杂、固有频率低、气体压缩性大等特点，至今在工业上未能获得很好的应用。在国际上，仅有德国有较为成功气压位置伺服系统。对于垂直定位系统，电气伺服系统已经有较为成熟的模块化产品，但由于现阶段电气元件本身的限制，其负载都比较小，一般在5kg左右。而如果采用了气缸作执行器的气压垂直定位系统，则负载能力会大大提高。因此，开

2、发气压伺服垂直定位系统有着广泛的应用前景。本文针对气压伺服垂直定位系统展开研究。本文首先构建了气压伺服垂直定位系统实验装置，并对比例流量控制阀的性能进行了测试。采用了机理建模的方法建立了系统的四阶数学模型，应用工作点近似线性化的方法，对系统进行线性化处理。工作点线性化是较为常规的线性化方法，但它实际是将系统的非线性部分转移到了线性化系数，这使得线性化系数的数值取值很难确定，以前的文献中也很少对此作描述。本文应用定量分析结合定性分析的方法对气压伺服系统的工作点线性化系数进行了分析讨论，并基于实验数据求出了本实验系统的线性模型。基于得出的系统的线性

3、模型，进行了状态反馈设计，通过实验对比，仿真结果和实验结果能很好的吻合，证明了本文线性化分析的正确性和状态反馈控制策略的有效性.针对理论分析和实验研究中发现的问题，提出了分段变增益状态反馈控制的控制策略。应用此控制方法，在不同幅值以及不同中心位置的方波信号下，系统均有良好动态响应特性，稳态精度高，响应速度快。在中等幅值的方波信号下，系统稳态精度小于士0.02mm，上升时间小于0.4s;在大信号，近行程的80%的方波信号下，系统仍有良好的响应，稳态精度仍在士0.05mm内，上升时间也在0.8s以下。另外，采用分段控制还有效的消除了比例流量阀的噪声

4、，这无疑延长了阀的使用寿命。实验结果表明，此控制策略是很有效的。关键词:气压位置伺服系统;垂直定位;状态反馈:分段线性变增益控制哈尔滨工业大学硕士论文AbstractPneumatictransmissionsystemhasbeenbroadusedinmanufacturingfielditsbecauseofcharacteristics:nti-magnetic,explosion-proof,high-speed,easyetcmaintenancePeoplehaveaccumulatedmuchknowledgeonsuchsys

5、temandcannodesignthemmatterhowcomplexorlargethesystemare.Thepneumaticservosystemhavebeendemandinginindustry,withthedevelopmentofindustryautomation.However,duetothestrongnon-linearity,complexityinmodeling,lownaturefrequencyandaircompressibility,thepneumaticservosystemhasnotwi

6、delyusedinindustry.OnlyinGermantherearesomesuccessfulpneumaticservesystem.Accordingtouprightpositionservosystem,therealreadyaremodularizeproductioninelectricservosystem,butbecauseofthelimitofelectriccomponents,itsloadislittleandgeneralaround5kg.Ifweusepneumaticcylinderasthed

7、river,theloadingofsystemcanbemuchincreased.Sothestudyofpneumaticuprightpositionsystemhaveawideforegroundandthestudyofthisproblemisdoneinthepaper.Thefirst，theexperimentsystemofpneumaticuprightpositionsystemissetupandtheperformanceofproportionalflowvalvewhichisusedinexperiment

8、systemistested.Thepneumaticpositionsystemmodelisestablishedbythemethodofmec