针对目前高速开关阀采用PWM控制信号产生诸如高频流量脉动、振动与噪声等问题,基于并联液阻和二级制编码技术设计一种阵列压电叠堆驱动的高速开关阀。阵列压电叠堆的轴向长度呈二进制编码排列,故采用PCM(脉码调制)信号来控制每个压电叠堆的工作状态进而实现阀口开度的离散化调节。其次,基于MATLAB/Simulink建立高速开关阀数学模型,并通过仿真揭示了流量瞬态不确定产生机理。最后,提出一种基于模型的PCM编码控制策略,阶跃跟踪结果表明:流量跟踪无超调,且稳态误差在0.015 L/min以内;正弦跟踪结果表明:当阵列压电叠堆的开启和关闭动态特性不对称时,最大误差增加至0.61 L/min,但平均误差和误差标准差的变化范围仅在0.004 L/min和0.013 L/min以内。

在气动伺服系统中实现高精度控制,通常需要采用要求全状态信息的基于模型的非线性控制算法。鉴于轻量化的设计要求或者出于成本的考虑,构建压力观测器来代替压力传感器。首先,采用李雅普诺夫稳定性理论来论证所设计的压力观测器的全局稳定性。其次,通过试验研究,选取满足试验要求的多变指数值。然后,任意设定偏离实际值的压力观测器初值,以证实该压力观测器收敛迅速且不断逼近真实值。另外,通过作用一个变刚度的载荷于系统,以证明该压力观测器是负载独立的。最后,试验表明采用所设计的压力观测器来实现气动系统的伺服控制是有效的、可行的。

为了改善气缸的运动伺服控制精度,设计了一款基于压电叠堆逆压电效应和振动减摩原理的新型高频纵振减摩的气缸,期望通过高频振动减弱气缸摩擦的不确定性和负阻尼特性。考虑到阀控缸气动系统是一个强非线性系统,基于模型的非线性控制器是实现高精度运动轨迹跟踪控制的首选。滑模控制作为一种较常用的非线性控制算法,对建模误差、未建模动态和外部扰动有很强的鲁棒性,于是构建了一个基于模型的积分滑模控制器进行轨迹跟踪实验。实验结果表明:高频纵向振动不仅能减小气缸的摩擦力,还能有效提高气缸的运动轨迹跟踪精度;所设计基于模型的非线性滑模控制器是有效的,在跟踪频率为0.25、0.125Hz的正弦参考轨迹时,最大轨迹跟踪误差分别减少了19.61%、20.55%。采用高频振动减少摩擦的方式能够提高气缸运动控制精度,可满足对气缸高精度控制要求...

由于普通气缸摩擦力存在时变性和不确定性,故其摩擦力无法准确获取,难以实现气缸高精度的力伺服控制。基于静压气体润滑原理并结合空气轴承结构,构建了一种带有环形卸压槽的新型双作用气浮无摩擦气缸,实现了气缸活塞与缸筒内壁间的非接触无摩擦。该气缸的气浮活塞具有独立供气的特点,解决了传统气浮气缸往复运动过程中两腔气压变化时气浮活塞承载力不够而引起的活塞与缸筒接触产生摩擦的问题。采用Fluent软件仿真分析了偏心量、节流孔径、气膜厚度等因素对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响,得出了多种气膜厚度下最优的气浮活塞节流孔径;研究了偏心量、供气压力对此最优节流孔径的影响,发现了其随偏心量增大而减小、随供气压力增大而增大的规律;开展了不同工况下活塞-活塞杆组件在缸筒中非接触无摩擦运动时的受力情况分析,得...

传统的工控机控制系统具有成本高、功耗高、体积大、操作复杂等特点,针对这些问题,提出了一种基于嵌入式技术的比例方向阀控气缸位置伺服控制方法。首先,分析了气动位置伺服控制器的实际需求,设计了控制器的最小系统、主控板、模数扩展板和数模扩展板的硬件电路;然后,在集成开发环境Keil MDK下,使用C语言进行了嵌入式软件编写,在跨平台嵌入式软件编程环境Qt下,使用Visual C++语言进行了上位机软件编写;最后,为了验证气动位置伺服控制器的有效性,搭建了比例方向阀控气缸位置伺服控制实验平台,利用所开发的嵌入式气动位置伺服控制器,分别进行了气缸的定位控制和轨迹跟踪实验。实验结果表明:该伺服控制器能够简单、有效地实现气缸位置控制的目的,在跟踪频率为0.5 Hz的参考轨迹时,轨迹跟踪最大误差约为4.6 mm;在跟踪频率为0.25 Hz的参考轨迹时,...

由于强非线性和强耦合作用严重影响双缸同步系统的控制精度,同步误差加剧试件变形内力,具有较强的破坏能力,因此研究具有优良性能的同步控制算法具有重要的实践意义。建立考虑系统安装误差、测量误差、负载刚度和伺服阀零偏等因素在内的双液压缸同步控制系统数学模型;分析上述各误差因素对双缸同步控制精度的影响机理;提出了基于内力补偿和位置补偿的自由度控制策略,实现双液压缸高精度位置同步和出力的高度一致性;最后,运用MATLAB/Simulink软件对双缸自由度同步控制算法进行仿真分析,验证了控制策略的有效性。

传统气缸因复杂的摩擦特性难以实现高精度控制,基于振动减摩原理,开发了一款新型高频纵振减摩气缸。在保证密封性能的前提下,凭经验在活塞上设计了6种不同槽口夹角和槽宽的密封槽,并根据实际PID运动轨迹跟踪控制的精度情况,选取其中最优的密封槽。通过模态分析、谐响应分析和阻抗测试,确定了所开发新型气缸的一阶纵振共振频率为6328 Hz。摩擦力测试结果表明:高频振动确实可以减小气缸的摩擦,且激励电压越大减摩效果越好;最大静摩擦力最大减少

为提高叶片气马达的恒转速控制精度，考虑采用高速开关阀调节叶片气马达进气腔的压力和流量。通过分析阀控叶片气马达系统基本结构和工作原理，搭建了叶片气马达周期性、离散的腔室体积模型，对其进行傅里叶级数展开，得到叶片气马达周期性、连续的腔室体积模型。结合叶片气马达运动学模型、腔室流量数学模型以及高速开关阀阀口流量数学模型建立了阀控叶片气马达系统的数学模型。采用PID控制算法对该阀控叶片气马达系统进行恒转速控制研究，仿真与试验结果对比表明：该算法具有良好的转速控制精度，同时也表明了所建立模型的有效性和可行性。