【摘 要】
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打磨作为精密加工技术的最后一道工序,对工件的加工质量起着至关重要的作用。随着低成本、高精度、高质量以及高效率加工的需求,传统人工打磨逐渐被机器人打磨所取代。在机器人打磨中,过大的打磨力会导致工件受到破坏,过小的打磨力会使加工未达到要求。打磨力的大小将直接决定加工工件质量,如何保持恒定的打磨力成为了机器人打磨需解决的关键问题。针对机器人打磨对恒力控制装置的迫切需求,设计气动恒力控制系统,建立系统数学
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打磨作为精密加工技术的最后一道工序,对工件的加工质量起着至关重要的作用。随着低成本、高精度、高质量以及高效率加工的需求,传统人工打磨逐渐被机器人打磨所取代。在机器人打磨中,过大的打磨力会导致工件受到破坏,过小的打磨力会使加工未达到要求。打磨力的大小将直接决定加工工件质量,如何保持恒定的打磨力成为了机器人打磨需解决的关键问题。针对机器人打磨对恒力控制装置的迫切需求,设计气动恒力控制系统,建立系统数学模型,提出线性PID自抗扰控制算法,开展恒力控制的仿真和试验研究。主要研究内容如下:（1）针对恒力控制装置,设计气动恒力控制系统,并对气动元件进行计算与选型,为仿真与试验提供依据。（2）根据建立的气动恒力系统数学模型,推导了气动恒力系统传递函数,明确了系统阶数。通过系统阶数建立对应阶次的状态控间方程,对系统非线性问题进行分析,为控制器设计提供理论依据。（3）针对气动系统非线性问题,设计了加入死区补偿器的二阶线性PID自抗扰控制器。主要利用跟踪微分器对输入信号进行过渡安排,通过扩张状态观测器对系统总扰动进行估计,采用线性PID反馈控制律进行补偿,并且使用死区补偿器快速跳过比例流量阀死区范围。为验证线性PID自抗扰控制算法的有效性,对传统PID控制、积分型线性自抗扰控制（I-LADRC）和线性PID自抗扰控制三种控制算法进行分析,并在MATLAB/Simulink中开展恒力控制仿真。仿真结果表明,线性PID自抗扰控制具有更高的力控制精度、更好的动态响应以及更强的鲁棒性。（4）为验证所提出线性PID自抗扰控制算法在实际中的恒力控制效果,搭建恒力控制装置试验平台,设计交互界面对输出力进行实时显示,开展了传统PID控制、I-LADRC和线性PID自抗扰控制的恒力控制试验。试验结果表明线性PID自抗扰控制具有更高的力控制精度、更好的动态响应以及更强的鲁棒性,且在恒力加载中系统稳态误差小于2N,在曲面力加载中误差小于3.5N。
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