码垛机气动系统位置控制方法研究

摘要

码垛机被广泛地应用于粉煤灰砖压制成型后的码垛作业。伴随着制砖行业的日益发展以及制砖技术的日趋成熟，码垛机的应用也随之越来越广泛，制砖厂家对码垛机工作效率和定位精度的要求也越来越高。其中，码垛机的气动系统以压缩空气作为工作介质，系统中最关键的垂直升降回路往往采用气动位置伺服控制系统来实现对所夹持砖坯的精确定位。但是，气动码垛机存在控制精度不高，运行稳定性差等缺陷，容易出现抖动或瞬时脉动现象，造成被夹持物体的脱落损坏。而且，气体的可压缩性使系统的响应速度较慢。
　　本文采用了独立负载口控制技术对码垛机最关键的垂直升降回路气动位置伺服控制系统进行改进，分别对气缸两腔进行基于位移闭环和压力闭环的复合控制，通过对垂直方向的重力负载进行平衡，来减小系统中的压力变化，从而提高了气缸运行的稳定性。
　　为了进一步提高码垛机垂直升降回路气动系统的响应速度以及定位精度，本文提出了一种改进的共轭梯度BP神经网络PID控制算法与经典PID控制相结合的新型控制策略，利用AMESim、Matlab/Simulink等软件搭建了联合仿真模型，通过编写S-Function的方法，实现了改进的共轭梯度BP神经网络PID控制算法，并将其应用于对气动系统的位置控制，进行了仿真分析。
　　在气动位置伺服控制系统中，气缸复杂的摩擦力特性是影响系统性能和定位精度的重要因素，本文基于新型的LuGre摩擦模型，设计了摩擦状态观测机，通过试验的方法进行静、动摩擦参数的辨识，最终对系统中的摩擦力进行了在线补偿。
　　最后，基于实验台设计并进行了模拟试验，对本文所设计的码垛机气动位置伺服控制系统及控制策略的可行性进行验证。试验结果表明，改进后的系统控制精度较高，达到了工程应用的标准。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景和意义

1.3 气动伺服控制系统

1.4摩擦力模型

1.5 主要研究内容

第2章 码垛机垂直升降回路位置伺服控制系统仿真分析

2.1 码垛机结构原理

2.2 进出口联动位置控制系统仿真分析

2.3 独立负载口气动位置伺服控制系统

2.4 码垛机升降回路工作流程仿真分析

2.5 独立负载口位置伺服控制系统节能分析

2.6 本章小结

第3章 码垛机垂直升降系统控制策略研究

3.1 BP神经网络PID控制算法的修正

3.2 改进共轭梯度法BP神经网络PID控制算法

3.3 神经网络PID算法与传统PID相结合的控制策略

3.4 本章小结

第4章 摩擦力补偿

4.1 摩擦参数辨识

4.2 摩擦状态观测

4.3 本章小结

第5章 升降气动位置伺服系统试验研究

5.1 试验目的

5.2 试验设备

5.3 试验准备

5.4 试验内容

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢