导读:本文包含了气动同步系统论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:气动伺服位置控制,运动轨迹跟踪控制,同步控制,自适应鲁棒控制
气动同步系统论文文献综述
孟德远[1]（2013）在《高精度气动同步系统研究》一文中研究指出因为具有功率-质量比大、清洁、结构简单、易维护等优点,气动同步技术在机器人、工业自动化和医疗机械等领域具有广泛的应用前景。但是气动系统具有很多不利于精确控制的弱点,如强非线性、参数时变性和模型不确定性等,如何提高气动位置伺服系统的轨迹跟踪控制性能和如何实现多执行元件同步控制仍是当前气动技术研究的一个重要方向。本论文以一个双气缸的气动同步系统为研究对象,以实现单缸的高精度运动轨迹跟踪控制和双缸的精确位置同步控制为研究目标,利用理论分析和实验相结合的方法,从建立精确描述系统特性的非线性模型入手,深入的研究了气动伺服位置控制策略和气动同步控制方法。为实现气缸的高精度运动轨迹跟踪控制,本论文首先基于LuGre模型对气缸摩擦力进行了补偿,并提出了一种含死区补偿的自适应鲁棒控制策略。该控制器采用双观测器来估计摩擦力内状态,通过在线最小二乘参数估计来减小模型中参数不确定性,并利用非线性鲁棒控制来抑制参数估计误差、未建模动态和干扰的影响,从而保证一定的鲁棒瞬态性能和高的稳态跟踪精度。由于使用了标准投影映射技术,参数自适应律与非线性鲁棒控制器两个部分可以独立进行设计。鉴于系统模型中的不确定性是非匹配的,采用了反步法来设计非线性鲁棒控制器。此外,由于控制器能在线辨识阀的死区参数并对死区进行补偿,算法的可移植性好。在此基础上,将交叉耦合思想与直接/间接集成自适应鲁棒控制结合起来,提出一种基于交叉耦合方法的自适应鲁棒气动同步控制策略,实现了双缸的精确位置同步控制。本论文共分六章,现将各章内容分述如下：第一章,详细介绍了气动伺服位置控制的研究现状,指出提高气缸的轨迹跟踪控制性能仍是当前气动技术研究的一个重要方向；简述了气动同步控制的研究背景和研究现状；最后概述了本课题的研究意义、研究难点以及主要研究内容。第二章,描述了气动同步系统实验装置的硬件组成；研究了气体通过控制阀阀口的流动、气缸两腔内气体的热力过程和气缸的摩擦力特性等问题,建立了气动同步系统的非线性模型,为控制器设计做好准备；通过参数辨识,获得了控制阀阀口开度与控制电压的关系以及缸内空气与气缸内壁间的热传导率；为满足高精度气动伺服位置控制时基于模型的摩擦力补偿需要,建立了气缸的LuGre动态摩擦模型并对其中参数进行了辨识。第叁章,给出气动同步系统某一轴的非线性状态空间模型,并分析系统的控制难点,归纳出为实现气缸的高精度运动轨迹跟踪控制,所采用的控制方法必须考虑模型中参数不确定性和不确定非线性的影响。首先为气动位置伺服系统设计一个鲁棒自适应控制器和一个确定性鲁棒控制器,通过分析二者的优点和研究如何将它们有机结合,提出了一种气动位置伺服系统的自适应鲁棒运动轨迹跟踪控制策略。它采用在线参数的自适应调节减小模型参数不确定性,同时通过鲁棒控制律抑制不确定非线性的影响,从而达到较好的动态性能和较高的稳态跟踪精度。实验证明,自适应鲁棒控制器是有效的,控制性能高于文献中已有的研究成果,且对系统参数变化和干扰具有较强的性能鲁棒性。第四章,在上一章研究的自适应鲁棒控制器基础上,通过引入一个动态补偿型快速自适应项,设计了直接／间接集成自适应鲁棒控制器,提高了系统瞬态跟踪性能；针对比例方向控制阀存在显着的死区且不同阀的死区特性差异较大的情况,提出一种含死区补偿的直接／间接集成自适应鲁棒控制器,在线辨识阀的死区参数并通过构造死区逆对死区进行补偿,提高了算法的可移植性；为进一步提高气缸低速运行时的轨迹跟踪控制精度,研究了基于LuGre模型的气缸摩擦力补偿方法以及如何将该补偿方法与直接／间接集成自适应鲁棒控制方法结合起来。最后,通过实验证明了上述气动位置伺服系统的高精度运动轨迹跟踪控制策略的有效性。跟踪幅值为0.125m、频率为0.5Hz正弦轨迹时,最大稳态跟踪误差为1.32mm,平均稳态跟踪误差为0.68mm,瞬态过程最大跟踪误差为1.61mm；跟踪低速正弦轨迹时,最大稳态跟踪误差为0.59mm,平均稳态跟踪误差为0.21mm。第五章,提出一种基于交叉耦合方法的自适应鲁棒气动同步控制策略,既保证多气缸精确同步又不影响系统中每一气缸的轨迹跟踪控制精度,基本思想是：将同步误差反馈至每个轴控制器的输入端与轨迹跟踪误差组成一个新的称为耦合误差的变量,为每个轴分别设计直接/间接集成自适应鲁棒控制器使耦合误差收敛,实现轨迹跟踪误差和同步误差同时收敛。给出了控制器的详细设计步骤,并以双气缸同步为例,通过实验证明控制器的有效性和性能鲁棒性。跟踪幅值为0.125m、频率为0.5Hz的正弦期望轨迹时,最大同步误差为1.25mm左右,平均同步误差为0.67mm左右。第六章,对本论文的主要工作、研究结论和创新点进行了总结,并对未来的研究工作进行了展望。(本文来源于《浙江大学》期刊2013-04-01）
曹剑[2]（2009）在《基于运动和压力独立控制的气动同步系统研究》一文中研究指出随着微电子技术的飞速发展,气动伺服系统特别是气动伺服位置控制系统得到越来越广泛的应用。采用气动伺服位置控制可以方便地实现多点无级定位(柔性定位)和无级调速。此外,利用气动伺服位置控制系统中气缸运动速度的连续可调来替代传统的节流阀加端部缓冲的方式,可以获得最佳的速度与缓冲效果,大幅度地降低气缸的动作时间,缩短工序节拍,提高生产率。由于气体的可压缩性,气动产品可实现软接触,动作柔和,气动技术的这个特性,是其他机电产品望尘莫及的。基于运动和压力独立控制的气动同步系统实际上是将控制运动轨迹和压力轨迹的负载口独立控制技术应用于气动同步系统。与传统进出节流阀口机械联动的气动系统相比较,其先进性主要体现在:(1)单只气缸的两个控制自由度和进排气节流阀口的面积比可变提高了系统柔性;可根据负载类型实时修改控制策略,所有工作点均可达到最佳控制性能。(2)采用精确的计算流量反馈来快速精确控制压力,从而避免了由于气体压缩性和环境因素引起不能预测的压力响应滞后导致换向阀误切换的问题。(3)在加速过程中,通过加大进、排气阀的开度以保证其快速性,在减速和制动过程中,通过控制排气侧压力来避免压力冲击和振荡,提高负载减速和制动过程的平稳性。(4)摩擦力的建模非常复杂,特别在速度反向时要对无杆气缸的摩擦力进行精确建模几乎不可能,而负载口独立控制可以采用速度逼近位移修正的方式来避免运动过程中速度反向,从而使摩擦力缓变,保证较高的轨迹跟踪精度。基于运动和压力独立控制的气动同步系统可用于门架驱动结构或气动升降平台,将在自动化生产线、半导体加工装备、航天与航空驱动装置、医疗器械等领域有广阔的应用前景。目前,国内外对气动同步系统的研究报道较少,而且同步精度与抗干扰性能有待于进一步提高。气动系统的强非线性与参数时变性、气缸摩擦力较大与气体刚度较低之间的矛盾等,给气动伺服系统的同步运动带来挑战。具体而言:首先,瞬态质量流量公式的模型不确定与强非线性、气动系统的结构参数不确定和压力微分方程的未知非线性对控制性能有不利影响。其次,气缸摩擦力/驱动力之比过大,且其摩擦力的精确建模难度较大,气动系统的低刚度与反馈控制中摩擦力的反向将制约气动伺服位置轨迹跟踪精度的提高。再者,自适应鲁棒压力控制器、自适应鲁棒运动控制器与同步控制器构成复合控制方式实现精确同步与强鲁棒性的问题;当同步系统刚启动或存在突变干扰时,压力控制将影响到同步精度,必须采取有效措施解决这种低响应带来强耦合的问题。本论文以基于运动和压力独立控制的气动同步系统为研究对象,以实现较大摩擦力的无杆气缸的高精度运动轨迹跟踪和同步运动为研究目标,将理论分析与试验研究相结合,深入地研究了气动伺服系统的同步运动控制方法。本博士论文的创新点如下:第一,提出了基于运动与压力独立控制的气动同步运动节能控制方法,采用自适应鲁棒压力控制器使气缸在运动过程中保持压力等级不变从而确保气缸摩擦力的变化率不大;采用自适应鲁棒运动控制器对气缸摩擦力进行精确的模型补偿并通过速度逼近位移修正的控制方式确保速度不反向来提高运动轨迹的跟踪精度;根据同等方式和主从方式相结合的复合控制方式,将同步误差作为输入经过同步控制器迭加到自适应鲁棒运动控制器中,从而进一步提高同步精度。第二,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,通过两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;通过对流量系数进行参数线性化与对临界压力比进行修正,获得一种改进型的圣维南质量流量公式;并与自适应鲁棒控制算法和自适应卡尔曼滤波算法结合来提高模型补偿的精确性和参数辨识的有效性。第叁,提出了一种新的气缸摩擦力模型,此模型能够反映随停滞时间和压力上升速率而变化的极限静摩擦力、什特里别克效应与衰减的粘性摩擦系数等现象;通过设计试验分离停滞时间与压力上升速率,发现气缸的极限静摩擦力既与停滞时间有关也与压力上升速率有关;采用与运动时间有关的缓变的指数下降函数描述了动摩擦力小幅衰减现象,测试出粘性摩擦系数与压力近似成正比。本博士论文的研究内容分为八章,现逐章分述如下:第一章,简要介绍了气动伺服位置控制系统的的发展概况;按气动元件组成系统的机械结构形式划分为进出口联动控制的阀控缸系统与负载口独立控制的阀控缸系统,并从这个角度总结了国内外在气动伺服位置控制领域的研究现状。将气动同步系统的研究划分为两个发展阶段,分析了前人的研究成果。最后概述了基于运动和压力独立控制的气动同步系统的研究意义、研究难点以及研究内容。第二章,设计了气动同步系统的同步装置及其加载装置;根据数学建模的假设条件,建立了气缸的运动动力学方程与压力微分方程;通过参数辨识求取比例阀的中位电压、中位死区的泄漏模型、无杆气缸的固定容积;通过对流量系数进行参数线性化的在线辨识与对临界压力比进行修正,获得一种改进型的圣维南质量流量公式。第叁章,设计了自适应鲁棒压力控制器来提高无杆气缸在运动中的压力轨迹跟踪精度;通过阀口面积的离线拟合和流量系数的在线参数估计来改善自适应的模型补偿效果;通过鲁棒反馈和自适应卡尔曼滤波保证对未知非线性、参数波动和噪声等具有强鲁俸性;探索了变增益非线性鲁棒反馈项的调试方法。第四章,压力控制器使气缸在运动过程中保持压力等级不变从而确保气缸摩擦力的变化率不大且方便对摩擦力精确建模;采用速度逼近位移修正的方式确保摩擦力不反向;设计了自适应鲁棒运动控制器来实现具有较大时变摩擦力的无杆气缸达到高精度的运动轨迹跟踪控制;分析了期望速度修正项的作用及其选取方法;总结出误差调节过程中的工况及其转化过程。第五章,分析了流导的两种表现形式,根据系统流导当量对负载口独立控制系统进行静态建模;在此基础上,总结出独立控制系统流导反向准则和能量损失守恒准则,定义了系统速度敏感系数;分析了负载口独立控制气动伺服系统的耗气量,探索出一种耗气量计算方法;求取了负载口独立控制气动伺服系统线性化后的传递函数,分析了系统的负载敏感度与动态刚度。第六章,详细总结了预位移、极限静摩擦力、什特里别克效应和摩擦滞后的建模方法;提出一种能够反映极限静摩擦力、什特里别克效应与衰减的粘性摩擦系数等现象的气缸摩擦力模型;设计能将停滞时间与压力上升速率进行分离的试验,证实气缸的极限静摩擦力既与停滞时间有关也与压力上升速率有关;采用与运动时间有关的缓变的指数下降函数描述了动摩擦力小幅衰减现象。第七章,将负载口独立控制的气动同步系统分成六种同步控制方式并进行了试验测试;方式一和方式二的运动开环证实了两套驱动系统硬件的差异较大,从而不能实现开环的同步运动,也证实了在恒定背压时单套驱动系统可实现较好的匀速运动;单一主从方式证实了由于主动缸的速度波动导致很难达到较高的同步精度;单一同等方式证实了达到较高运动轨迹跟踪是实现较高精度同步运动的前提;同步误差双反馈的同等方式,突破了仅靠运动轨迹跟踪精度来保证同步精度的局限性;同等方式与主从方式相结合的复合同步控制方式可达到最大同步误差为3.3mm、平均同步误差为0.9mm、稳态同步误差为0.2mm、最大同步误差为最大行程的1.1%。第八章,总结归纳了在基于运动和压力独立控制的气动同步系统研究中所做的主要工作、研究结论和创新之处,同时对气动同步系统的研究进行了展望,为本课题的继续深入提供了参考。(本文来源于《浙江大学》期刊2009-04-30）
气动同步系统论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着微电子技术的飞速发展,气动伺服系统特别是气动伺服位置控制系统得到越来越广泛的应用。采用气动伺服位置控制可以方便地实现多点无级定位(柔性定位)和无级调速。此外,利用气动伺服位置控制系统中气缸运动速度的连续可调来替代传统的节流阀加端部缓冲的方式,可以获得最佳的速度与缓冲效果,大幅度地降低气缸的动作时间,缩短工序节拍,提高生产率。由于气体的可压缩性,气动产品可实现软接触,动作柔和,气动技术的这个特性,是其他机电产品望尘莫及的。基于运动和压力独立控制的气动同步系统实际上是将控制运动轨迹和压力轨迹的负载口独立控制技术应用于气动同步系统。与传统进出节流阀口机械联动的气动系统相比较,其先进性主要体现在:(1)单只气缸的两个控制自由度和进排气节流阀口的面积比可变提高了系统柔性;可根据负载类型实时修改控制策略,所有工作点均可达到最佳控制性能。(2)采用精确的计算流量反馈来快速精确控制压力,从而避免了由于气体压缩性和环境因素引起不能预测的压力响应滞后导致换向阀误切换的问题。(3)在加速过程中,通过加大进、排气阀的开度以保证其快速性,在减速和制动过程中,通过控制排气侧压力来避免压力冲击和振荡,提高负载减速和制动过程的平稳性。(4)摩擦力的建模非常复杂,特别在速度反向时要对无杆气缸的摩擦力进行精确建模几乎不可能,而负载口独立控制可以采用速度逼近位移修正的方式来避免运动过程中速度反向,从而使摩擦力缓变,保证较高的轨迹跟踪精度。基于运动和压力独立控制的气动同步系统可用于门架驱动结构或气动升降平台,将在自动化生产线、半导体加工装备、航天与航空驱动装置、医疗器械等领域有广阔的应用前景。目前,国内外对气动同步系统的研究报道较少,而且同步精度与抗干扰性能有待于进一步提高。气动系统的强非线性与参数时变性、气缸摩擦力较大与气体刚度较低之间的矛盾等,给气动伺服系统的同步运动带来挑战。具体而言:首先,瞬态质量流量公式的模型不确定与强非线性、气动系统的结构参数不确定和压力微分方程的未知非线性对控制性能有不利影响。其次,气缸摩擦力/驱动力之比过大,且其摩擦力的精确建模难度较大,气动系统的低刚度与反馈控制中摩擦力的反向将制约气动伺服位置轨迹跟踪精度的提高。再者,自适应鲁棒压力控制器、自适应鲁棒运动控制器与同步控制器构成复合控制方式实现精确同步与强鲁棒性的问题;当同步系统刚启动或存在突变干扰时,压力控制将影响到同步精度,必须采取有效措施解决这种低响应带来强耦合的问题。本论文以基于运动和压力独立控制的气动同步系统为研究对象,以实现较大摩擦力的无杆气缸的高精度运动轨迹跟踪和同步运动为研究目标,将理论分析与试验研究相结合,深入地研究了气动伺服系统的同步运动控制方法。本博士论文的创新点如下:第一,提出了基于运动与压力独立控制的气动同步运动节能控制方法,采用自适应鲁棒压力控制器使气缸在运动过程中保持压力等级不变从而确保气缸摩擦力的变化率不大;采用自适应鲁棒运动控制器对气缸摩擦力进行精确的模型补偿并通过速度逼近位移修正的控制方式确保速度不反向来提高运动轨迹的跟踪精度;根据同等方式和主从方式相结合的复合控制方式,将同步误差作为输入经过同步控制器迭加到自适应鲁棒运动控制器中,从而进一步提高同步精度。第二,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,通过两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;通过对流量系数进行参数线性化与对临界压力比进行修正,获得一种改进型的圣维南质量流量公式;并与自适应鲁棒控制算法和自适应卡尔曼滤波算法结合来提高模型补偿的精确性和参数辨识的有效性。第叁,提出了一种新的气缸摩擦力模型,此模型能够反映随停滞时间和压力上升速率而变化的极限静摩擦力、什特里别克效应与衰减的粘性摩擦系数等现象;通过设计试验分离停滞时间与压力上升速率,发现气缸的极限静摩擦力既与停滞时间有关也与压力上升速率有关;采用与运动时间有关的缓变的指数下降函数描述了动摩擦力小幅衰减现象,测试出粘性摩擦系数与压力近似成正比。本博士论文的研究内容分为八章,现逐章分述如下:第一章,简要介绍了气动伺服位置控制系统的的发展概况;按气动元件组成系统的机械结构形式划分为进出口联动控制的阀控缸系统与负载口独立控制的阀控缸系统,并从这个角度总结了国内外在气动伺服位置控制领域的研究现状。将气动同步系统的研究划分为两个发展阶段,分析了前人的研究成果。最后概述了基于运动和压力独立控制的气动同步系统的研究意义、研究难点以及研究内容。第二章,设计了气动同步系统的同步装置及其加载装置;根据数学建模的假设条件,建立了气缸的运动动力学方程与压力微分方程;通过参数辨识求取比例阀的中位电压、中位死区的泄漏模型、无杆气缸的固定容积;通过对流量系数进行参数线性化的在线辨识与对临界压力比进行修正,获得一种改进型的圣维南质量流量公式。第叁章,设计了自适应鲁棒压力控制器来提高无杆气缸在运动中的压力轨迹跟踪精度;通过阀口面积的离线拟合和流量系数的在线参数估计来改善自适应的模型补偿效果;通过鲁棒反馈和自适应卡尔曼滤波保证对未知非线性、参数波动和噪声等具有强鲁俸性;探索了变增益非线性鲁棒反馈项的调试方法。第四章,压力控制器使气缸在运动过程中保持压力等级不变从而确保气缸摩擦力的变化率不大且方便对摩擦力精确建模;采用速度逼近位移修正的方式确保摩擦力不反向;设计了自适应鲁棒运动控制器来实现具有较大时变摩擦力的无杆气缸达到高精度的运动轨迹跟踪控制;分析了期望速度修正项的作用及其选取方法;总结出误差调节过程中的工况及其转化过程。第五章,分析了流导的两种表现形式,根据系统流导当量对负载口独立控制系统进行静态建模;在此基础上,总结出独立控制系统流导反向准则和能量损失守恒准则,定义了系统速度敏感系数;分析了负载口独立控制气动伺服系统的耗气量,探索出一种耗气量计算方法;求取了负载口独立控制气动伺服系统线性化后的传递函数,分析了系统的负载敏感度与动态刚度。第六章,详细总结了预位移、极限静摩擦力、什特里别克效应和摩擦滞后的建模方法;提出一种能够反映极限静摩擦力、什特里别克效应与衰减的粘性摩擦系数等现象的气缸摩擦力模型;设计能将停滞时间与压力上升速率进行分离的试验,证实气缸的极限静摩擦力既与停滞时间有关也与压力上升速率有关;采用与运动时间有关的缓变的指数下降函数描述了动摩擦力小幅衰减现象。第七章,将负载口独立控制的气动同步系统分成六种同步控制方式并进行了试验测试;方式一和方式二的运动开环证实了两套驱动系统硬件的差异较大,从而不能实现开环的同步运动,也证实了在恒定背压时单套驱动系统可实现较好的匀速运动;单一主从方式证实了由于主动缸的速度波动导致很难达到较高的同步精度;单一同等方式证实了达到较高运动轨迹跟踪是实现较高精度同步运动的前提;同步误差双反馈的同等方式,突破了仅靠运动轨迹跟踪精度来保证同步精度的局限性;同等方式与主从方式相结合的复合同步控制方式可达到最大同步误差为3.3mm、平均同步误差为0.9mm、稳态同步误差为0.2mm、最大同步误差为最大行程的1.1%。第八章,总结归纳了在基于运动和压力独立控制的气动同步系统研究中所做的主要工作、研究结论和创新之处,同时对气动同步系统的研究进行了展望,为本课题的继续深入提供了参考。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
气动同步系统论文参考文献
[1].孟德远.高精度气动同步系统研究[D].浙江大学.2013
[2].曹剑.基于运动和压力独立控制的气动同步系统研究[D].浙江大学.2009