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气动人工肌肉伺服系统的位置控制研究

作　者: 董宗彬
导　师: 张远深
学　校: 兰州理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 气动人工肌肉静动态特性 PID控制改进的单神经元自适应PID控制气动伺服位置控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 119次
引　用: 1次
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内容摘要

气动技术具有一系列显著优点,因此在工业生产中得到了越来越广泛的应用,已成为实现自动化技术不可缺少的手段。而气动人工肌肉作为一种新型的气动执行元件,具有结构简单、功率自重比大、有良好柔性、无泄漏、不会损害操作对象等优点。本文以气动人工肌肉为研究对象,通过理论分析建立了气动人工肌肉较为完整的静动态数学模型,在对气动人工肌肉伺服系统特性分析的基础上提出了采用改进的单神经元自适应PID控制算法对气动人工肌肉的伺服系统进行位置控制。首先,本文在分析气动人工肌肉理想静态数学模型不足的基础上,抓住影响气动人工肌肉特性的主要因素,气动人工肌肉壁厚、摩擦的影响和气动人工肌肉末端弧度的影响,建立了相对简单而又较为完整的气动人工肌肉静态数学模型。其次,将气动人工肌肉系统作为一种气压传动系统来研究,并将气动人工肌肉视为变截面积气缸,在气缸动态特性方程的基础上方便地推导出了描述气动人工肌肉系统动态特性的非线性数学模型,并通过软件仿真了气动人工肌肉的动态特性,仿真表明:气动人工肌肉伺服系统是个强非线性系统。然后,针对气动人工肌肉控制系统强非线性、难于建立精确数学模型的特点,在对其特性分析的基础上,提出气动人工肌肉位置伺服系统的改进单神经元自适应PID控制策略。通过软件仿真表明:常规PID控制由于控制输入的剧烈颤振,容易引起系统响应的抖动,不能获得较好的动态特性,而且对不同压力的适应能力太差,而改进的单神经元自适应PID控制不仅改善了系统动态性能,而且响应平滑。气动人工肌肉位置伺服系统的稳态位置控制精度可达到±0.1mm,对于气动人工肌肉位置控制系统来说,改进的单神经元自适应PID控制是可行的、合理的。为采取其它更有效的方法对气动人工肌肉伺服系统进行位置控制奠定了基础。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
插图索引  11-13
附表索引  13-14
第1章绪论  14-22
  1.1 气动技术的现状及应用  14-15
  1.2 气动人工肌肉的概述  15-18
    1.2.1 气动人工肌肉的研究现状  16-18
    1.2.2 气动人工肌肉的特点  18
  1.3 气动伺服系统概述  18-20
  1.4 本课题的研究意义  20
  1.5 本课题的主要研究工作  20-21
  1.6 本课题的创新点  21
  1.7 小结  21-22
第2章气动人工肌肉静态模型的研究  22-36
  2.1 气动人工肌肉的基本结构及工作原理  22-24
  2.2 气动人工肌肉的静态数学模型  24-34
    2.2.1 气动人工肌肉的理想静态数学模型  24-26
    2.2.2 气动人工肌肉的改进静态模型  26-34
  2.3 小结  34-36
第3章气动人工肌肉伺服系统的动态特性研究  36-56
  3.1 气动人工肌肉伺服系统的组成  36-37
  3.2 气动人工肌肉伺服系统特性的数学模型  37-49
    3.2.1 气动人工肌肉的动态特性  37-41
    3.2.2 比例阀的流量方程  41-46
    3.2.3 负载动力学方程  46-47
    3.2.4 气动人工肌肉伺服系统动态模型  47-49
  3.3 气动人工肌肉伺服系统的仿真分析  49-54
  3.4 小结  54-56
第4章气动人工肌肉伺服系统的位置控制研究  56-74
  4.1 PID控制  56-63
    4.1.1 PID控制原理  57-58
    4.1.2 PID的控制算法  58-61
    4.1.3 气动人工肌肉位置控制的PID仿真  61-63
  4.2 神经网络自适应控制  63-72
    4.2.1 单神经元模型  63-65
    4.2.2 神经网络的学习规则  65-67
    4.2.3 基于单神经元的PID控制  67-70
    4.2.4 改进的单神经元自适应PID控制仿真  70-72
  4.3 小结  72-74
总结与展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-82
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  82

气动人工肌肉伺服系统的位置控制研究

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