基于气动比例阀的单缸位置与双缸同步控制系统的研究

摘要

气动控制系统具有节能、无污染、工作可靠等优点，近年来越来越受到人们的重视，并在工业化生产中得到了广泛的应用。随着电－气比例／伺服控制技术的发展，气动伺服位置控制系统在“点－点”控制上逐渐成熟，但是由于气动控制系统存在严重的非线性，摩擦力等因素的影响，导致气动控制系统在位置柔性定位和轨迹跟踪上效果并不是太理想。
　　本文首先通过对基于比例阀的单缸位置控制进行研究，设计合理控制器，实现其位置定位和信号跟随，在此基础上实现同一坐标轴上双缸协调同步控制即双缸柔性控制。
　　首先，对系统的特性和工作原理进行了详细分析，由于气动控制系统受到气体可压缩性、气缸摩擦力和阀体的非线性等因素的影响，在建立气动控制系统数学模型时，需要对该系统做理想化假设，从建立的模型表明该系统是一个高阶非线性系统。
　　其次，通过对经典控制理论和智能控制理论的研究，确定了以增量式PID控制和模糊控制来设计系统的控制器。在Matlab／Simulink中建立基于PID控制的仿真模型和基于自整定模糊PID控制的仿真模型。并且对仿真系统输入阶跃信号、方波信号和正弦信号，观察系统的响应状态，结果显示使用自整定模糊PID控制器的系统得到了较好的控制效果，并且可以实现对PID控制参数实时调整。
　　本文采用了LabVIEW和Matlab混合编程的方法建立人机对话界面。搭建平面柔性实验平台，并使用阶跃信号、方波信号和正弦信号对基于PID控制器的系统和模糊控制的系统进行实验研究，实验结果表明使用模糊控制器的系统具有响应速度快，稳定性好，鲁棒性优越，适应能力强等特点。
　　最后，对本文研究的内容进行了总结，对存在的一些缺陷和不足之处提出了进一步的设想和展望。

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绪论

1.1 气动技术的发展

1.2 气动伺服系统的组成

1.3 气动位置技术的发展

1.4 研究本课题的意义

1.5 研究内容

第二章 气动位置控制系统的组成

2.1 气动控制系统平台及组成

2.2软件环境

2.3本章小结

第三章 气动比例控制系统建模

3.1 气动比例阀控缸位置控制系统数学模型建立

3.2 气动控制系统数学模型

3.3 本章小结

第四章 控制策略研究

4.1 PID控制理论

4.2数字PID控制

4.3 模糊控制

4.4本章小结

第五章 比例阀控缸位置控制系统实验研究

5.1控制系统编程思想

5.2 LabVIEW环境下数据采集的实现

5.3气动比例阀控缸位置控制的PID控制实验研究

5.4气动比例阀控缸位置控制的模糊控制实验研究

5.5双缸同步控制系统

5.6 本章小结

第六章结论和展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录1：系统LabVIEW阶跃信号控制界面

附录2 阶跃信号的LabVIEW程序图

附录3 两输入单输出的模糊控制器M文件

附录4 两输入三输出的模糊控制器M文件

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢