基于磁流变阻尼器的直线气缸位置控制研究

摘要

气动系统具有许多显著的优点，在工业自动化中得到愈来愈广泛的应用。气动比例位置控制系统由于其价廉、简单、抗污染能力强，已成为气动伺服技术中的重要课题。但是由于气体的可压缩性、系统的非线性以及摩擦力等因素的影响，使得气动比例位置控制系统难以获得满意的性能。针对这一问题，研究人员采取了多种控制策略，虽取得了一些成绩，但往往因结构复杂性、不稳定等原因，难以在生产实际中使用。 PID是经典控制理论的核心，在控制领域有非常深入的研究。由于其算法简单、调节方便及可靠性高，被广泛应用于控制中，尤其是用于可建立较精确数学模型的确定性系统。然而PID控制又具有系统参数适应能力差，对干扰敏感的缺点。纠其原因是因为：PID对非线形系统的控制是基于工作点上小范围线形化理论的，要求工作过程中工作点必须稳定，且各参量在工作点附近的变化范围不能太大。为此若气动系统采用PID控制，其主要参数：质量流量、压力等在位置控制的目标点附近变化范围不能太大，且工作点应稳定。 本文对磁流变(MRF)阻尼器进行了特性改造，并利用经特性改造磁流变(MRF)阻尼器，对运动过程采用分段变阻尼的控制方法，即在离目标位置距离较大时，使磁流变(MRF)可控阻尼处于低阻尼态，快速接近目标，缩短接近目标的时间；在离目标小于等于某距离时将磁流变(MRF)可控阻尼器接通励磁电，为系统加入适当阻尼，提高动态性能。接入可变阻尼的另一个重要作用就是稳定目标位置附近的工作点。这样就保证了工作点稳定，就可以在工作点附近将模型线性化得到较准确的数学模型，就可以采用结构简单、调节方便及可靠的PID算法对所建被控对象进行控制。 文中针对启动位置控制在目标值附近由于摩擦力而造成的缓慢“粘滑

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论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1直线气缸位置控制技术的发展

1.2直线气缸位置控制技术的研究现状

1.2.1气动位置控制系统的数学模型的研究

1.2.2元件和气动系统的研究

1.3课题的目的和意义

1.4本文主要研究工作

1.5本研究工作的创新点

第2章直线气缸的位置控制系统

2.1 基于比例压力阀的直线气缸的位置伺服系统

2.1.1气动控制系统的一般组成

2.1.2常见的气动位置控制系统

2.1.3基于比例压力阀的直线气缸位置控制的系统组成

2.2气动系统的组成元件

2.2.1气缸

2.2.2电-气比例压力阀

2.2.3稳压气源和其它主要附件

2.3控制部分的构成

2.4小结

第3章系统建模

3.1 前言

3.1.1气动系统建模概述

3.1.2计算机仿真及Matlab/Simulink工具软件

3.2 比例压力阀控直线气缸的系统基本方程的建模

3.2.1阀控缸系统简化模型介绍

3.2.2磁流变阻尼器简介及建模

3.2.3气缸摩擦力的数学建模

3.2.4气缸和磁流变阻尼器组成的整体所具有的摩擦阻尼特性

3.2.5气缸活塞的动力平衡方程

3.2.6气缸两腔流量基本方程

3.2.7比例压力阀的压力-流量方程

3.3利用Simulink对系统进行建模

3.3.1基于Simulink的系统非线性模型的线性化

3.4利用传统控制理论的方法建立系统模型

3.4.1基本方程线性化、系统结构图和参数的确定

3.4.2传递函数的标准形式

3.4.3系统工作点参数的确定和传递函数的计算

3.5系统性能分析

3.6 小结

第4章控制策略

4.1前言

4.2控制策略概述

4.2.1经典控制方法

4.2.2现代控制方法

4.3 PID控制

4.3.1 PID算法

4.3.2数字PID算法

4.3.3 PID控制的优缺点

4.3.4 PID控制器设计调整

4.4摩擦力补偿策略

4.5分段控制结构

4.6 PID控制参数

4.7本章小结

第5章仿真实验

5.1仿真原理图

5.2仿真信号

5.2.1单位阶跃输入响应

5.2.2方波输入时的响应

5.3本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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