广义脉码调制液压控制系统的频响特性及应用研究

论文摘要

广义脉码调制(GPCM)液压控制是一种利用开关阀实现液压伺服控制的方式,具有成本低、抗污染能力强的优点,适用于对控制精度要求不高而工作环境恶劣的液压伺服控制场合。本课题是国家自然科学基金资助的后续研究项目,本论文采用了数学建模、计算机仿真和实验研究等相结合的方法,对广义脉码调制控制阀频响特性进行了深入的分析和研究,并将广义脉码调制控制液压位置伺服系统应用于多关节串联机器人试验中,取得了满意的效果。第一章绪论介绍了液压控制技术发展及其元件的发展趋势,讲述了电液数字技术发展、流体调制原理及方式、数字阀研究及分类和多关节串联机器人的控制系统,并阐述了课题的研究意义和内容。第二章阐述了脉码调制控制原理、脉码调制控制液压控制方式及广义脉码液压伺服控制原理,分析得出采用GPCM调制,可以在使用相同位数的PCM控制阀情况下,在阀具有相同的最小控制流量的情况下,可以有效地增大PCM控制阀的输出流量,并全面地介绍了广义脉码调制控制阀阀体的结构及工作原理。第三章对广义脉码调制控制阀中的电磁铁、开关节流阀、换向阀及广义脉码调制控制阀阀体建立数学模型,推出各个的传递函数。第四章针对广义脉码调制控制阀高度非线性的特点,利用AMESim软件与MATLAB/Simulink软件联合对广义脉码调制控制阀频响特性进行仿真分析,建立GPCM控制阀和GPCM液压伺服控制系统模型,分别输入阶跃和正弦扫频信号进行分析,研究表明编码方式、各节流单元及各阀的频率对GPCM控制阀和GPCM液压伺服控制系统的频响特性有影响。第五章将广义脉码调制控制阀与液压缸组成位置伺服控制系统应用于多关节喷漆机器人关节中,利用MATLAB提供的Simulink、RTW、XPC等工具软件,建立了基于XPC目标的实时控制实验系统,采用了模糊—PID联合控制策略,实现对多关节喷漆机器人轨迹控制,获得了较好的轨迹控制效果。第六章对全文进行总结和后续工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 液压控制技术及其元件发展与趋势
• 1.1.1 液压控制技术发展
• 1.1.2 液压元件的发展趋势
• 1.2 电液数字控制技术发展
• 1.2.1 电液数字控制实现方法
• 1.2.2 间接与直接数字电液控制性能比较
• 1.3 流体调制原理及方式
• 1.3.1 流体调制原理
• 1.3.2 流体调制方式
• 1.4 数字阀研究简述及分类
• 1.4.1 数字阀的研究简述
• 1.4.2 数字阀的分类
• 1.5 多关节串联机器人的控制系统概述
• 1.6 课题的研究意义及研究内容
• 1.6.1 课题研究意义
• 1.6.2 研究内容
• 1.7 本章小结
• 第二章 液压广义脉码调制原理
• 2.1 脉码调制控制原理
• 2.2 脉码调制控制液压控制方式
• 2.3 广义脉码调制液压伺服控制原理
• 2.4 广义脉码调控制阀的结构及工作原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 广义脉码调制控制阀数学建模
• 3.1 电磁铁建模
• 3.2 开关节流阀建模
• 3.3 换向阀建模
• 3.4 GPCM控制阀建模
• 3.5 小结
• 第四章 广义脉码调制阀频响特性仿真分析
• 4.1 仿真步骤
• 4.2 仿真模型
• 4.2.1 GPCM控制阀物理仿真模型
• 4.2.2 GPCM控制液压伺服系统仿真模型
• 4.2.3 输入阶跃响应信号仿真模型
• 4.2.4 输入正弦扫频信号仿真模型
• 4.2.5 Simulink构建控制系统模型
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 输入阶跃响应信号仿真分析
• 4.3.2 输入正弦扫频信号仿真分析
• 4.4 小结
• 第五章 广义脉码调制控制机器人
• 5.1 多关节喷漆机器人结构
• 5.2 多关节喷漆机器人的运动学分析
• 5.2.1 坐标系的建立
• 5.2.2 运动学正解
• 5.2.3 运动学逆解
• 5.3 多关节喷漆机器人控制
• 5.3.1 控制策略
• 5.3.2 控制器设计
• 5.3.3 机器人控制策略仿真
• 5.3.4 机器人轨迹规划
• 5.3.5 机器人轨迹控制
• 5.4 实验研究
• 5.4.1 实验组成
• 5.4.2 基于xPC的实验原理
• 5.4.3 控制系统程序模块建立
• 5.4.4 实验结果及分析
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表和录用的学术论文
• 致谢