运用AMESim对基于脉宽调制开关阀的气动伺服技术的研究

摘要

通过对国内外气动产品和气动伺服控制技术发展趋势的调查研究，结合高频响气动开关阀产品化、市场化日益成熟的现状，在电路技术的脉宽调制技术的启发下，本文提出了应用于气动伺服领域的一种新的脉宽调制开关阀控制技术—脉宽差调制(DPWM-Difference Pulse-Width Modulation)开关阀控制技术。
　　 该脉宽差调制开关阀控制技术以高频响开关阀为硬件基础，通过调节高频响开关阀在一个动作周期里的接通时间，即开阀占空比，控制通过的气体质量。串联在气源与大气间的两只开关阀，一个控制进气，一个控制排气，在一定频率下，以一定的函数关系确定开关阀的占空比，在不同动作周期内得到不同的脉宽差，以此控制开关阀间容腔的气体质量，就等效于通过质量流量函数控制进入容腔的流量。由此实现对速度、位移或压力的控制。
　　 本文采用AMESim平台构筑阀控气缸位移伺服仿真系统。搭建状态锁存、门控制器模块，建立了流程控制模型；完成了气动元件的建模，建立了气源模型、气缸模型、高频响开关阀模型、高频响开关阀驱动电路模型，各模型取得与元件一致的特性；构造了控制算法，建立了开阀占空比控制模型。按照“初步建模——仿真——分析——优化——仿真”的过程，获得了合理的控制流程和满意的控制算法，实现了消除系统震荡、加快收敛速度，达到了气缸速度可调、位移输出稳定。因此，本文确定，①脉宽差调制开关阀控制技术可实现对质量流量的调节；②此项技术可应用于气动伺服系统。
　　 本文列出的脉宽差调制开关阀控制技术在实际工程中成功应用的实例，进一步验证了此项技术的可行性和实用性。
　　 本文归纳了控制算法的影响因素，以指导实际系统的算法设计。从脉宽差调制开关阀控制技术发展的可持续性出发，指出本研究的后续目标：是建立通用算法模型，简化控制算法的设计，方便计算机语言编程或嵌入式控制器控制程序的编写，以利于脉宽差调制开关阀控制技术在科研、生产等领域的推广应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1概述

1.2气动系统技术研究现状

1.2.1气动产品的发展趋势

1.2.2气动伺服控制技术发展概况

1.3本文的研究对象

1.4本文的研究目的和意义

1.4.1研究目的

1.4.2研究意义

2 DPWM开关阀控制技术研究要求

2.1 DPWM开关阀控制技术原理

2.2 AMESim仿真平台

2.3系统仿真的关键技术

2.4系统方案设计及要求

2.4.1方案设计

2.4.2精确构建仿真模型

2.4.3编写控制流程

2.4.4确定占空比算法

2.5本章小结

3基于脉宽调制开关阀的气动伺服仿真系统设计

3.1系统元件

3.1.1气源模型建模

3.1.2气缸模型建模

3.1.3高频响开关阀建模

3.1.4高频响开关阀驱动电路建模

3.1.5位移传感器建模

3.2控制流程

3.2.1状态锁存

3.2.2门控模型

3.3本章小结

4系统仿真与分析

4.1初步仿真与分析

4.1.1初步仿真

4.1.2系统分析

4.1.3系统快速性

4.1.4系统精度

4.2系统优化

4.2.1开关阀驱动模块

4.2.2状态锁存控制算法

4.3无PID算法

4.3.1 Dt2_ti_1和DT2_ti_2

4.3.2 DT3_ti_1和DT3_ti_2

4.3.3 DT4_ti

4.3.4误差分析

4.4 PD算法

4.4.1 DT2_ti_1和DT2_ti_2

4.4.2 DT3_ti_1和DT3_ti_2

4.4.3 PID算法仿真结果分析

4.5高精度控制方案

4.5.1高精度占空比算法

4.5.2仿真结果

4.6负载特性

4.7本章小结

5应用实例

6结论和展望

6.1结论

6.2展望

致 谢

参考文献

附 录 A.在攻读学位期间发表的论文目录