技術(shù)頻道

娓娓工業(yè)
您現(xiàn)在的位置: 中國傳動網(wǎng) > 技術(shù)頻道 > 技術(shù)百科 > 基于Simulink的機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真

基于Simulink的機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真

時間:2016-09-07 13:55:04來源:蔡大偉

導(dǎo)語:?本文以復(fù)雜的機(jī)器人的電液伺服控制系統(tǒng)作為研究對象,對電液伺服系統(tǒng)的在機(jī)器人上的應(yīng)用建模和仿真。

前言

電液伺服系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍廣、比功率大、耐用性高等優(yōu)點(diǎn),在車輛船舶、工程機(jī)械、武器系統(tǒng)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)行電液伺服系統(tǒng)的分析、仿真與控制,需要構(gòu)造電液伺服系統(tǒng)的模型,但其固有的流量-壓力曲線、液體壓縮、電磁轉(zhuǎn)換、飽和摩擦等非線性因素,使得難以獲得電液伺服系統(tǒng)的精確模型。

電液位置伺服系統(tǒng)主要是用于解決位置跟隨的控制問題,其根本任務(wù)就是通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)被控量對給定量的及時和準(zhǔn)確跟蹤,并要具有足夠的控制精度。電液伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性是衡量一套電液伺服系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試水平的重要指標(biāo)。它由電信號處理裝置和若干液壓元件組成,元件的動態(tài)性能相互影響,相互制約及系統(tǒng)本身所包含的非線性,致使其動態(tài)性能復(fù)雜。因此,電液伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計及仿真受到越來越多的重視。

本文以比例方向閥實(shí)現(xiàn)對伺服油缸的位置控制,加入位移傳感器構(gòu)成位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用NI公司的USB-6008數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸出控制等多項(xiàng)功能,以LABVIEW和MATLAB混合編程實(shí)現(xiàn)了良好的實(shí)時控制功能。

1、液壓系統(tǒng)特性簡述

隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域與范圍的不斷擴(kuò)大,系統(tǒng)柔性化與各種性能要求更高,采用傳統(tǒng)的以完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)預(yù)定動作循環(huán)和限于系統(tǒng)靜態(tài)性能的系統(tǒng)設(shè)計遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。因此,現(xiàn)代液壓系統(tǒng)設(shè)計研究人員對系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行研究,了解和掌握液壓系統(tǒng)動態(tài)工作特性與參數(shù)變化,以提高系統(tǒng)的響應(yīng)特性、控制精度以及工作可靠性,是非常必要的。

液壓系統(tǒng)動態(tài)特性是其在失去原來平衡狀態(tài)到達(dá)新的平衡狀態(tài)過程中所表現(xiàn)出來的特性,原因主要是由傳動與控制系統(tǒng)的過程變化以及外界干擾引起的。在此過程中,系統(tǒng)各參變量隨時間變化性能的好壞,決定系統(tǒng)動態(tài)特性的優(yōu)劣。系統(tǒng)動態(tài)特性主要表現(xiàn)為穩(wěn)定性(系統(tǒng)中壓力瞬間峰值與波動情況)以及過渡過程品質(zhì)(執(zhí)行、控制機(jī)構(gòu)的響應(yīng)品質(zhì)和響應(yīng)速度)問題。

液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的研究方法主要有傳遞函數(shù)分析法、模擬仿真法、實(shí)驗(yàn)研究法和數(shù)字仿真法等。數(shù)字仿真法是利用計算機(jī)技術(shù)研究液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的一種方法。先是建立液壓系統(tǒng)動態(tài)過程的數(shù)字模型——狀態(tài)方程,然后在計算機(jī)上求出系統(tǒng)中主要變量在動態(tài)過程的時域解。該方法適用于線性與非線性系統(tǒng),可以模擬出輸入函數(shù)作用下系統(tǒng)各參變量的變化情況,從而獲得對系統(tǒng)動態(tài)過程直接、全面的了解,使研究人員在設(shè)計階段就可預(yù)測液壓系統(tǒng)動態(tài)性能,以便及時對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證與改進(jìn),保證系統(tǒng)的工作性能和可靠性,具有精確、適應(yīng)性強(qiáng)、周期短以及費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

2、系統(tǒng)原理及建模

2.1系統(tǒng)組成及原理

電液位置伺服控制系統(tǒng)以液體作為動力傳輸和控制介質(zhì),利用電信號進(jìn)行控制輸入和反饋。只要輸入某一規(guī)律的輸入信號,執(zhí)行元件就能啟動、快速并準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律??刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:

圖1 電液位置伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2電液位置伺服系統(tǒng)建模

建立電液伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù),需要根據(jù)連續(xù)性方程、牛頓定律等物理法則,分別對伺服閥、液壓缸等環(huán)節(jié)建立函數(shù)表達(dá)式,并聯(lián)立求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。具體地,需要建立伺服閥方程、伺服閥流量方程、連續(xù)性方程和力平衡方程。

2.2.1伺服閥方程

伺服閥是具有復(fù)雜高階非線性特性的器件。在實(shí)際中,通常可以將伺服閥簡化等效為一階系統(tǒng)(低頻)或者二階系統(tǒng)(高頻):

圖2 系統(tǒng)simulink動態(tài)仿真模型

3、軟件設(shè)計

LABVIEW在線控制過程:首先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,采集的數(shù)據(jù)是位移傳感器的位移,轉(zhuǎn)換為電壓,送入數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入端AI0,程序中對模擬輸入通道進(jìn)行配置,主要包括配置采樣通道號、最大最小值以及采樣方式(差分、單端),并輸出采樣波形。接著是PID算法,要設(shè)定P、I、D的參數(shù)和輸出的上下限,然后是模擬量的輸出,程序中對模擬量輸出通道配置,輸出口配置為AO0口,并配置輸出的最大最小值。經(jīng)過程序運(yùn)算后得到的數(shù)值送給伺服放大器的輸入端,驅(qū)動伺服閥,使液壓缸前進(jìn)或后退,完成對電液伺服系統(tǒng)的位置控制[3]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

圖3采集系統(tǒng)流程圖

4、MATLAB仿真

基于多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造自動定深電液伺服系統(tǒng)的智能模型,隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)目為8,訓(xùn)練次數(shù)為1000次。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)初值的不確定會造成網(wǎng)絡(luò)性能的不同,因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練10次,均方根誤差等性能指標(biāo)取其平均值。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠較好的擬合電液伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性,且模型具有較高的泛化能力仿真圖如圖4所示:

圖4 電液伺服系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出值和實(shí)際值

5、結(jié)論

電液伺服系統(tǒng)是一類典型的非線性系統(tǒng),本文采用機(jī)理建模和智能建模方法為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電液伺服系統(tǒng)的控制奠定了基礎(chǔ)。建模過程與仿真結(jié)果表明,對系統(tǒng)建立正確的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行分析仿真,分析系統(tǒng)的動態(tài)特性,可以有效地預(yù)見系統(tǒng)的輸出,達(dá)到對系統(tǒng)工作狀態(tài)的了解,提高了設(shè)計和分析系統(tǒng)的效率,為進(jìn)一步控制系統(tǒng),提高響應(yīng)速度和控制精度奠定了一定的基礎(chǔ)。

更多資訊請關(guān)注伺服系統(tǒng)頻道

標(biāo)簽:

點(diǎn)贊

分享到:

上一篇:基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人伺服控...

下一篇:基于SimMechanics的機(jī)器人控...

中國傳動網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。

網(wǎng)站簡介|會員服務(wù)|聯(lián)系方式|幫助信息|版權(quán)信息|網(wǎng)站地圖|友情鏈接|法律支持|意見反饋|sitemap

傳動網(wǎng)-工業(yè)自動化與智能制造的全媒體“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新服務(wù)平臺

網(wǎng)站客服服務(wù)咨詢采購咨詢媒體合作

Chuandong.com Copyright ?2005 - 2024 ,All Rights Reserved 深圳市奧美大唐廣告有限公司 版權(quán)所有
粵ICP備 14004826號 | 營業(yè)執(zhí)照證書 | 不良信息舉報中心 | 粵公網(wǎng)安備 44030402000946號