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气液联控伺服系统是将可压缩性小、粘度较大的液体介质引入到常规气压伺服系统中进行控制而构成的一种新型的气、液介质复合控制系统。它将气体介质“柔”的特性与液体介质“刚”的特性融为一体,既保持了气动系统所具有的快速性的优点,又具有较好的刚度。此特点对于机器人的柔顺力控制非常有利,故此本课题针对气液联控伺服系统进行了柔顺力控制的研究。 本文总结了气液联控伺服系统的发展背景及研究现状,以阻抗控制为气液联控系统柔顺力控制框架结构,阐述了鲁棒控制策略及其控制中的关键问题。通过对国内外相关研究的分析,确定了本文的主要研究方向。 为进一步提高系统性能,本文对已有的气液联控系统模型进行了研究,发现建立的系统模型非线性严重,同时开关阀由PWM数字量控制,更加剧了整个系统的非线性,于是作者提出了对整个系统进行辨识。采用频谱分析方法,得到了气液联控系统辨识后的线性模型,为下一步的鲁棒控制打好了基础。 内环位置控制器是影响柔顺力控制性能的关键,本文根据实际系统存在不确定性,提出了鲁棒控制方法。首先介绍了基本概念,在查阅相关文献的基础上,通过反复设计,得到控制器需要的补灵敏度函数的加权函数和灵敏度函数的加权函数,通过迭代后得到理想的鲁棒控制器,对其进行仿真研究,仿真结果表明鲁棒控制在保持了系统鲁棒性的同时,也提高了系统的稳定性。 最后,在已搭建的气液联控柔顺力控制系统实验台基础上,加入外界环境模拟系统,包括电阻式位移传感器和气缸。在整个系统加入稳压阀,使得气源压力变化范围由0.4MP-0.6MP变为0.4MP-0.5MP,使系统更为稳定的工作;通过对系统的仿真和实验研究证明,本文设计的实验系统和控制软件是成功的,阐述的理论和观点是正确的,设计的控制器是合理可行的。 论文的研究为气液联控系统进一步应用到气动工业机器人的柔顺力控制中奠定了基础。