气动柔性扭转关节的控制策略研究

论文摘要

由于气体介质的可压缩性和粘度小等特点,导致气动系统具有强非线性、固有频率低、刚度小和阻尼比小等不足,所以使得气动伺服定位技术的进展缓慢,实际应用也不多见。随着控制技术和计算机技术的发展,为解决上述难题提供了良好的条件。本论文在浙江省自然科学基金项目(项目编号:Y104358)“新型气动柔性关节的基础研究”的研究背景下,进行了气动柔性扭转关节的研究与应用。 本文第一章主要综述了气动伺服系统以及气动驱动器的发展与现状,阐述了本课题研究的意义,最后概括了本文所研究的主要内容。 第二章介绍了气动柔性扭转关节及其执行系统的实验平台,分述了气动回路和控制回路的组成,开发了相应的应用程序。 第三章对气动柔性扭转关节执行系统进行了理论分析与数学建模,推导出系统的动态特性方程。 第四章通过实验的方法辨识出气动柔性扭转关节执行系统的开环模型。 第五章重点阐述了气动柔性扭转关节中控制系统常规模糊控制和非对称模糊控制的原理和设计方法,结合模糊控制与PID控制的优点,提出非对称模糊PID混合控制。模糊PID混合控制的应用,使得系

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 气动技术的特点和发展
• 1.2 国内外气动驱动器的研究现状
• 1.2.1 McKibben人工肌肉模型
• 1.2.2 褶皱式人工肌肉
• 1.2.3 FMA（Flexible Micro-Actuator）
• 1.2.4 气动旋转驱动器
• 1.2.5 气动弯管驱动器
• 1.2.6 气动柔性驱动器
• 1.3 本课题的研究意义
• 1.4 本课题的研究内容
• 1.5 本课题研究内容对后续研究的贡献
• 第二章 气动柔性扭转关节执行系统设计方案
• 2.1 气动柔性扭转关节的工作原理
• 2.2 流量型比例控制系统与压力型比例控制系统的特点分析
• 2.2.1 流量型比例控制系统
• 2.2.2 压力型比例控制系统
• 2.3 气动柔性扭转关节执行系统的硬件平台
• 2.3.1 气路回路的构成及原理
• 2.3.2 控制回路的构成及原理
• 2.4 气动柔性扭转关节执行系统软件开发
• 2.4.1 程序的实时性保障
• 2.4.2 Windows下的硬件驱动实现
• 2.4.3 MATLAB引擎与进程间通讯
• 2.5 小结
• 第三章 气动柔性扭转关节执行系统数学模型
• 3.1 引言
• 3.2 气动柔性扭转关节执行系统动态特性基本方程
• 3.2.1 固定节流孔气体的质量流量连续性方程
• 3.2.2 橡胶驱动器内的气压微分方程
• 3.2.3 压力比例阀流量微分方程
• 3.2.4 气动柔性扭转关节的动力学方程
• 3.3 小结
• 第四章 气动柔性扭转关节执行系统辨识
• 4.1 系统辨识的意义及主要内容
• 4.2 频率特性实验
• 4.2.1 实验系统组成
• 4.2.2 实验分析
• 4.3 伪随机二位式序列辨识
• 4.3.1 实验系统的组成及原理
• 4.3.2 伪随机二位式序列的选取与产生
• 4.3.3 实验分析
• 4.4 小结
• 第五章 气动柔性扭转关节的模糊PID控制
• 5.1 模糊控制原理概述
• 5.2 模糊控制器的设计
• 5.2.1 常规模糊控制
• 5.2.2 非对称模糊控制策略
• 5.2.3 非对称模糊PID混合控制策略
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的论文
• 致谢