基于比例阀的气动伺服轨迹跟踪控制的研究

气动伺服控制技术有着节能、无污染、结构简单、较大的功率输出和相对较低的价格等自身独特优势,所以越来越受到人们的重视,并得到广泛的应用。目前应用于工业中的气动伺服技术绝大多数是针对“点—点”的位置控制,而气动伺服系统连续轨迹跟踪控制的应用却比较少,这在很大程度上限制了气动技术的发展。故本文研究的目的在于寻求合适的控制策略,获得比较理想的气动伺服系统的轨迹跟踪效果。 首先在分析国内外气动伺服轨迹跟踪的发展现状的基础上,针对气缸的摩擦力是影响气动位置控制系统的主要因素这个特点,通过在不同压力,不同负载的作用下对DGPL系列无杆气缸摩擦力进行实验分析,建立了摩擦力的数学模型。 其次通过理论分析,以MPYE系列比例阀为例,采用以Ziegler-Nichols的参数整定方法对PID控制器进行参数整定的经典PID控制进行轨迹跟踪推导出比例阀的气动伺服系统的数学模型,应用Matlab/Simulink软件对系统进行建模与仿真,其结果证明了数学模型的正确性。对系统进行阶跃信号和正弦信号的轨迹跟踪仿真,但由于气动伺服系统的本身非线性的影响,使得PID控制很难获得良好的控制精度。 最后针对PID控制器存在的各种不足,以及气体的压缩性引起气体压力响应的滞后和气缸非线性摩擦力对系统的影响,提出了基于摩擦力补偿的滑模变结构控制。并采用平滑曲线函数s/(|s|+φ)来替代符号函数sgn(·),制约了系统的抖振发生,有效地解决了滑模变结构的抖振问题。通过Matlab仿真实验,对系统进行阶跃信号、正弦信号及平面圆进行轨迹跟踪,仿真结果表明,该控制算法明显优于PID控制,跟踪精度提高,具有很强的鲁棒性。