第30卷第1期
文章编号：10069348(2013)010364-05
计算机仿
真
2013年1月
基于气动直缸驱动伺服控制动态系统仿真
赵卫
（福建工程学院机电工程系，福建福州350108）
摘要：气动直缸驱动的板球系统是一个多变量非线性控制系统，可说明气动控制元件的产品性能，对控制理论性能研究，具有得好的价值。为改善气动驱动的板球系统控制特性，提出了用模糊和滑模控制相结合，来控制气动伺服板球系统，采用 MATLAB的仿真环境，对气动直缸伺服驱动的板球控制系统进行了仿真。仿真结果表明模棚一滑模控制一方面可以满足气
动控制的鲁棒要求，另一方面可以为改善板球控制系统轨连跟踪的控制精度，提高稳态特性提供依据。关键调：气缸驱动；板球系镜：模棚滑模控制；仿真
中图分类号：TP391
文献标识码：B
PneumaticServoControlDesignforSystemSimulation
ZHAOWei
( College of Mechanical and Automation, Fujian University of Technique, Fuzhou Fujian 350108 , China) ABSTRACT:The ball and plate system actuated by pneumatic direct cylinders is a typical nonlinear control system, which can be used to display the performance of pncumatic components and offer a test platform for the studly of con-trol theory, According to the characteristics of pneumatic servo ball and plate system, a fuzzysliding model controller was proposed. The simulation was falfilled by the MATLAB tool, and the results show that the fuzzysliding model
controller can meet the robust requirement of pneumatic actuators and improve the control precision. KEYWORDS: Pneumatic servo; Ball and plate system; Fuzzysliding model control ; Simulation
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引言
板球系统作为一个典型的多变量非线性控制系统，在国内外都有研究(-。气动驱动的板球系统作为一个控制装置既可用来展示气动控制元件的产品性能，更可为本科生教学提供一个良好的控制理论课程试验平台，具有很好的研究价值。
本文采用比例流量阀和直动气缸作为板面的位置驱动，位于板面上的触模屏（touchscreen）作为球的位置信号传感器。由于气体本身固有的可压缩性、阀口流动的非线性和气动系统的低阻尼特性，特别是气缸摩擦力带来的低速鹿行影响，给基于气动驱动的板球系统连续轨迹控制和系统的控制精度带来了很大的困难。根据气动板球系统所固有特性，本文采用模糊控制与滑模变结构控制相结合，构成了气动板球系统的模糊滑模变结构控制器，提高了控制的稳定，改善了
气动板球轨迹控制的过渡过程品质。气动板球系统结构及特性 2
如图1所示，位于平台上的触摸屏将小球的位置信息经
收稿日期：2012-0411— 364
万方数据
由NI6014数据采集卡反馈到PC计算机控制器，通过PC伺服系统控制器，按控制要求把控制量经功率放大器驱动流量比例阀，进而带动两个直缸推杆机构动作。直缸推杆可使平台绕其中心自由靛转，其绕X和Y轴旋转的角度可由位移传感器（WDL50displacementsensor）测试推杆的位移换算得知。这一伺服系统是一个双输人双输出的非线性系统，包括板球子系统和气缸驱动子系统。通过对其台球面子系统分析，可知X和Y方向的两个子系统具有对称性[2]，因此在设计控制器时，可以对X和Y方向分别设计结构和参数相同的控制器。
除了气动直缸驱动系统所固有的控制间题外，板球系统还存在着在小球在稳定点附近由于板的静摩擦力的影响，产生较大稳态误差。为了消除板球间的静摩擦力影响，文献[3]在其模糊控制器中，特别增加了“抖动"输人以克服稳定点的静态误差。而基于触摸屏采集小球位置信号时，触摸屏对小球尘标的采样速率为60packages/s左右，也就是每16ms 左右采集-个坐标数据，而NI6014数据采集卡的采样额率为1000Hz，同时系统模型的伤真步长一般也设为0.001s，如果直接从触摸屏上采集数据并进行处理，会导政在网次触模屏采样之间的小球尘标信号无法准确得到。这样，如果直接采用誉普通的PID控制，达不到控制日的[4]，即使采用带“抖