路灯车气动伺服系统设计及轨迹跟踪控制策略应用   广州路灯车出租, 路灯车出租, 路灯车公司  在气动伺服高精度的定位控制和轨迹跟踪控制积累了丰硕研究理论，取得了国内外先进研究成果， 分析文组气动伺服的轨迹跟踪控制策略成果，加改进后，拟将该高性能算法移植应用于装入式系统，在保证高控制性能的前提下，降低控制系统的成本，研发标准的可实用的单巧气动伺服气妃和３－ＲＰＳ气动伺服平台。

    ３－ＲＰＳ平台控制系统实现方案,  本系统以动感座椅为应用对象，在文组口设计的３－ＲＰＳ结构平台基础上，设计的插入式气动伺服系统框架。坡入式ＤＳＰ控制器作为气动伺服系统的核心，运行的高性能控制算法采用基于模型设计方法研发，控制气紅进行轨迹跟踪控制，ＤＳＰ控制器和３－ＲＰＳ气动平台组成一个标准的工作节点。ＰＣ机作为监控中，连接ＵＣＢ－ＣＡＮ设备与多节点ＤＳＰ通信，集成发送运行控制指令控制系统运行、实时显示控制器状态参数、控制器参数调试等功能。针对应用对象设计了一套动作采集装置，其结构是３－ＲＰＳ平台的缩小版，采用手动拖拽方式进行示教编程，开发上位机连接ＮＩ－ＤＡＱ设备采集跟踪位姿信号，处理后可存储及在３－ＲＰＳ平台复现，方便了对３－ＲＰＳ平台的位姿轨迹编程。

   

      气动伺服平台结构设计,  针对应用对象设计了气缸驱动的３－ＲＰＳ并联平台，虚拟样机、平台实物结构及机构原理简图，下平台山如为固定平台，提供稳定支撐，上平台为运动平台，可安装固定负载，上下两平台之间由三支呈一定角度的双作用气缸支撑连接，气缸轴底部与园定平台采用轴承座连接，形成转运副，气缸轴输出端部采用琼锭与动平台连接形成琼较副，分析知，３－ＲＰＳ平台具有３个自由度，能够实现绕轴旋转和Ｚ轴的升降运动。气缸采用三位五通比例方向阀驱动，改变阀的控制输入量调节阀口开度大小和方向，按一定策略调节气缸气缸两腔的进排气即可改变气缸输出位移和输出力值，调整平台的位姿。气缸并联安装拉杆式位移传感器，用于位置反馈，同时实时采集系统的压力信号实现轨迹跟踪闭环。

     ３－ＲＰＳ平台的设计目标参数如下： １）平台额定载重量：ｌＯＯＫｇ   ２）全幅值最大工作频率：１Ｈｚ   ３）工作压力范围值：４Ｂａｒ－６Ｂａｒ   ４）平台运动参数：升程１００ｍｍ，绕Ｘ轴最大转角约３５度，绕Ｙ轴最大转角约３０度。   ５）平台结构尺寸：６００ｘ６００ｘ４５０ｍｍ平台工作噪声：值得一提的是，本平台气缸与传感器的连接设计了浮动连接件，使得位移传感器与气缸轴并联安装，允许气估轴与位移传感器存在相对转动，保证了两者位移值与气缸位移精确相同，保护位移传感器不易损坏，此设计简化了位移传感器安装连接的结构体积。负载轴气缸双作用气位，缸径４３ｍｍ，行程１００（ＦＶＢＣ４３－１００）.  ２比例方向阀五位互通比例方向阀ＭＰＹＥ－５－１／８－０１０Ｂ.  ３位移传感器电阻式位移传感器，分辨率无限，行程ｌＯＯｉｒｎｎ压力传感器压力传感器ＭＰＸ５７００－ＡＰ，量程０￣６Ｂａｒ５消声容腔消声与消声器相结合方式.  在ＮＩ－ＰＸＩ、ｄＳＰＡＣＥ等第Ｚ控制平台应用，实现求解平台动力学、在线辨识系统参数、比例方向阀死区自适应等操作，达到了平台高精度控制目标。考虑到应用控制算法原型算法参数不具有平合通用性，为适应于不同结构参数的３－ＲＰＳ平台，以及单轴气动伺服化，需要了解控制器的运算过程，方便控制算法在不同平台的调试及改进，省略复杂的设计和控制器稳定性证明过程，分析逻辑，筒述成果如下。

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   （１）平台运动学关系,  ３－ＲＰＳ平台具有３自由度，用Ｔａｈ－Ｂｒｙａｎａｎｇｌｅｓ描述３－ＲＰＳ平台运动过程中的角度变换的关系。在满足平台的运动学约束条件，给定工作空间的位姿，通过逆运动学推导最终计算，求得关节空间的气缸轴的长度。

   （２）单轴气动伺服系统模型,  考虑气缸活塞的动力学、气缸活塞与气缸壁间的非线性摩擦力、气位与外界换热的热为学变化和比例方向阀阀口开度－质量流量模型建立的单轴气动伺服系统的三阶非线性动力学模型。

   （３）基于反步法的自适应鲁棒控制策略设计,  过程系统模型存在参数不确定性和不确定性非线性，且不确定性是非匹配的，采用了反步法设计自适应鲁棒控制器，消除控制器设计困难的局面，反步法设计直接／间接集成自适应鲁棒控制算法的逻辑。非连续投影省略详细设计及稳定性证明过程，控制器的控制率的计算式如下：第一步：根据当前误差状恣２，建立类滑模面，计算一阶虚拟控制输入期望压力。以由模型得到的期望压力补偿。考虑参数估计误差和建模误差，将误差分为低频部分也及高频部分的，对低频部分进行估计补偿，高频部分采用控制器鲁棒性抑制.  第二步：由期望压力，递推望流量计算。期望流量计算由樸型补偿项、快速补偿项。比例反馈项和鲁棒反馈项组成。 第三步：根据期望流量值如，由比例方向阀模型，反解，得到控制量。具体分为两层，首先计算期望流量对应的阀口开度，然后由阀口开度计算对应的控制电压量。流量特性－阀口开度函数：ＣｐＳｌｄ＞０。

  （４）参数估计算法, 针对模型参数不确定性，使用带遗忘因子的在线递推最小二乘法在线估计参数０值，更新参数值到控制算法运算，模型信息更准确，控制器设计的模型补偿更精确。为使控制器稳定，参数估计应有界，选择标准投影对参数的更新率限制：ｓａｔ0是饱和函数，标准投影映射的计算表达式。应用ｒ为正定对称的自适应率矩阵，ｒ为自适应函数。假设系统此时没有不确定性干扰的影响，即０，采用定义相对阶为３的低通滤波器作用于系统后得到的参数方程。

  （５）比例方向阀死区特性,  自适应测试发现不同批次的比例方向阀死区特性差异较大，甚至同一批次不同比例方向阀产品间也存在较大的死区差异，应用基于模型的算法时，若为毎只比例方向阀进行测试比例方向阀模型参数将是一项烦锁耗时耗功的工作，应用比例方向阀的死区白适应算法可避免这一问题。建立阀口开度与控制电压关系及逆死区补偿用死区模型数学表达。为了方便应用逆死区补偿，改写比例方向阐流量公式。比例方向阀的面积梯度值。增加死区补偿、流量模型修改后的线性回於参数估计模型。可以进行比例方向阀的死区在线参数估计，含比例方向阀死区参数估计直接／间接自适应鲁棒控制策略设计步骤与上相似。