基于高速开关阀的气缸控制策略研究

摘要

气压传动技术以其高效、节能、防爆、防燃、防电子干扰、低成本、寿命长、无污染、结构简单、易维护等优点在现代工业中被广泛使用，其中气动伺服技术更是工业自动化领域不可或缺的一部分。高速开关阀以其低成本、小型化、高性能等优点非常符合当前工业和市场对气动伺服的要求，在此背景下本文对高速开关阀控气缸的控制策略进行了探索性的研究。
　　本文以气缸两腔分别连接两个高速开关阀的位置控制系统为研究对象，首先介绍了目前国际上气动伺服技术的发展和各种控制元件的研究情况，并根据系统的结构和流体的特性对系统中的高速开关阀和气缸进行了数学建模，同时搭建了Simulink仿真模型。
　　其次，介绍了PWM控制技术的原理，并对低压PWM气动系统中的高速开关阀流量线性区间的拓宽方法进行了仿真研究。分析了在脉宽调制器控制下多种参数对于输出流量曲线的影响，同时采用传统PWM补偿控制和新型PWM分段补偿控制方式来尝试拓宽流量线性区间并仿真对比了控制效果。稍后介绍了气动系统常用的控制方式，并设计了一种针对高速开关阀控气缸的位置控制策略，具体为由基于模糊切换的自调整模糊 PID复合控制器控制脉宽控制器的输出占空比信号，以实现对气缸的位置控制。并且对比普通 PID控制时的控制效果来验证新控制策略的可行性。
　　最后，建立了高速开关阀控气缸系统的AMESim仿真模型，并利用软件提供的接口实现了与Matlab/Simulink的联合仿真。研究了系统中各参数变化对系统造成的影响，为此类型的气动系统的设计和推广提供了一定借鉴作用。

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附表索引

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2气动伺服系统的研究分类

1.3气动位置伺服系统概述

1.4气动位置伺服系统的研究现状

1.5课题的研究意义及研究内容

第二章 高速开关阀控气缸系统组成及数学建模

2.1高速开关阀控气缸的系统原理

2.2系统的主要组成元件

2.3气动系统建模基础

2.4高速开关阀控气缸系统的数学模型

2.5 Simulink仿真模型

2.6本章小结

第三章 PWM控制技术仿真研究

3.1 PWM控制原理

3.2低压PWM气动系统的高速开关阀流量线性区间拓宽方法研究

3.4本章小结

第四章 PID控制和基于模糊切换的自调整模糊PID复合控制的仿真研究

4.1气动系统控制方式分析

4.2控制系统的衡量标准

4.3常规PID控制器原理介绍

4.4基于模糊切换的自调整模糊PID复合控制

4.5仿真结果分析

4.6本章小结

第五章 联合仿真研究

5.1 AMESim仿真软件简介

5.2 Matlab/Simulink软件介绍

5.3联合仿真

5.5本章小结

总结与展望

1总结

2展望

参考文献

致谢

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