气动恒力输出系统精度及稳定性的研究

【摘要】气动技术以其诸多优点被广泛的应用于各个领域,尤其是应用于要求快速、清洁、柔性输出的场合。在机械加工领域中,气动技术用于打磨和抛光工件表面,使工件的表面粗糙度到达期望值。而气体的可压缩性和易受温度影响,使气动系统的固有频率低,线性度差,很难用于高精度控制。同时在气缸摩擦力的影响下,气缸在低速运行时会产生严重的爬行,这样会严重影响系统性能。本文将围绕镜片抛光机气动恒力输出系统稳定性进行分析和讨论。为了让气动比例系统输出力在外界干扰下能够到达很高的精度,在低速范围内不产生爬行和提高气动系统的刚度,本文将对气缸活塞结构进行改进,同时还采用BP神经网络PID控制作为气动伺服控制系统的控制策略,来适应气动系统的非线性性。通过这两种措施,可以有效的提高系统性能。本文首先对气动伺服系统进行数学建模,建立系统的数学模型就是为了获得系统内部之间参数的关系。数学模型可以得到系统输入与输出的关系,还有系统内部参数对系统输出的影响,方便分析系统以及调整系统参数,使系统达到最优状态。为了满足抛光机气动加载系统所要求达到的精度及稳定性,本文在原有气缸的基础上进行部分结构的改进。即在气缸活塞与缸筒的接触区域采用气体静压支撑,从而使气缸的摩擦力减少或消除。同时,为了补偿气体刚度低的缺点,在气缸两腔加入刚度适中的弹簧,可以弥补气体刚度差的缺点。最后用AMESim建立仿真模型,然后对影响气缸输出力稳定性的一些因素进行仿真,得出影响系统输出力稳定性的关系,来指导恒力输出系统的设计。其次对神经网络的基本知识做了分析,然后给出BP神经网络PID控制的原理和步骤。编写BP神经网络PID控制的程序,并在MATLAB中运行得到阶跃和正弦输入的响应。由仿真结果中可知,神经网络具有响应快,跟踪能力强,能够应用于对气动系统恒力输出的控制。
【作者】米晓明；
【导师】张远深；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】气动伺服系统；活塞结构改进；AMESim仿真；BP神经网络PID；

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