气动伺服控制中特性参数与结构参数的辨识

为获得气动伺服系统比较精确的模型参数,有必要对中位电压、固定容积和泄漏流量进行参数辨识.根据相同控制电压下端口A和端口B的稳定压力不同的物理现象,通过2条压力稳定比值曲线求取偏移量的最小值来获得比例阀的中位电压;根据无杆气缸始端和末端的压力响应曲线不同但稳定压力相同的物理现象,通过压力相同则泄漏的质量流量相同来求取无杆气缸的固定容积;同时,为描述阀口开启交界处的快变的质量流量且克服泄漏流量公式与阀口质量流量公式的不连续问题,将泄漏流量转化为一种泄漏面积意义的拟合.试验表明,上述结构参数和特性参数的辨识,减小了模型不确定,提高了自适应鲁棒控制器的控制精度且控制量非常光滑.     

负载口独立控制系统静态工作点选取原则及仿真分析

采用液压阻力回路方法对负载口独立控制系统进行静态建模以求取最佳静态工作点。总结出了独立控制系统液导反向准则和能量损失守恒准则,分别从能量损失、速度敏感及压力范围三个方面,总结出了静态工作点的选取原则,从而为负载口独立控制阀与系统的设计和现场调试提供了理论依据。     

一种用于非线性控制器设计的改进型气体质量流量计算公式

对于气动伺服系统的实时反馈控制,流通截面在控制过程中是变化的,而目前常用的阀口稳态流量公式是流通截面在实验过程中保持不变的气动元件,且气体在元件内部的流动是定常流动。为了寻找一种便于非线性控制器设计的质量流量公式,保持公式分段函数连续性与可导性,该文通过对圣维南质量流量公式的流量系数进行参数线性化与对临界压力比进行修正,提出了一种改进型气体质量流量公式。将实际的压力微分与由质量流量公式计算所得的压力微分进行对比十分吻合,试验结果表明了所提出改进型气体质量流量计算公式的有效性。     

Adaptive robust motion trajectory tracking control of pneumatic cylinders

High-accuracy motion trajectory tracking control of a pneumatic cylinder driven by a proportional directional control valve was considered. A mathematical model of the system was developed firstly. Due to the time-varying friction force in the cylinder, unmodeled dynamics, and unknown disturbances, there exist large extent of parametric uncertainties and rather severe uncertain nonlinearities in the pneumatic system. To deal with these uncertainties effectively, an adaptive robust controller was constructed in this work. The proposed controller employs on-line recursive least squares estimation （RLSE） to reduce the extent of parametric uncertainties, and utilizes the sliding mode control method to attenuate the effects of parameter estimation errors, unmodeled dynamics and disturbances. Therefore, a prescribed motion tracking transient performance and final tracking accuracy can be guaranteed. Since the system model uncertainties are unmatched, the recursive backstepping design technology was applied. In order to solve the conflicts between the sliding mode control design and the adaptive control design, the projection mapping was used to condition the RLSE algorithm so that the parameter estimates are kept within a known bounded convex set. Extensive experimental results were presented to illustrate the excellent achievable performance of the proposed controller and performance robustness to the load variation and sudden disturbance.     

气动人工肌肉伺服平台的建模

为克服传统液压或电气驱动并联平台的不足,提出了将气动人工肌肉应用于并联伺服平台的驱动关节,实现平台位姿控制.通过对平台系统的运动学和动力学分析,结合气动人工肌肉的充气压力-伸缩力-伸缩比三者的关系,建立了气动人工肌肉并联伺服平台位姿控制系统的数学模型,并进行了计算机仿真.仿真结果表明,通过输入一定电压来控制气动人工肌肉的充气压力,可实现伺服平台的二自由度转动,而且系统运动平稳.同时分析了在相同输入电压和初始位姿条件下,不同惯性负载和力矩负载对伺服平台响应速度和稳态位姿的影响.所得模型及仿真分析为气动肌肉系统的高精度控制提供了理论基础.     

气动肌肉并联关节的位姿轨迹跟踪控制

针对多输入多输出的气动肌肉并联关节,建立包含任务空间负载动态方程、容腔压力动态方程和高速开关阀平均流量方程的多阶动态系统数学模型。为保证气动肌肉并联关节系统良好动态特性的同时具有高精度的位姿轨迹跟踪,采用基于非连续投影算法的自适应鲁棒控制策略。该策略通过自适应参数估计来消除因气动肌肉并联关节系统动态数学模型的参数未知而引起的较大参数不确定,通过鲁棒反馈来消除因气动肌肉的伸缩力模型误差、摩擦力时变和关节系统的不可知干扰等引起的严重非线性不确定,且控制器基于反推设计,对多输入多输出的多阶耦合动态系统具有很好的适用性。试验结果表明：所研究的气动肌肉并联关节阶跃响应的静态误差小于0.09°,连续轨迹跟踪的标准误差小于0.15°,且具有较强的自适应性和鲁棒性。