气动技术以其结构简单、操作方便、环境清洁、使用可靠、性价比高等优点,在工业自动化领域得到愈来愈广泛的应用。但由于空气的压缩性大、粘度小、系统非线性等因素的影响,气动系统难以实现精密的伺服控制。如何实现气动装置快速、准确的位置伺服控制成为目前气动领域研究的新课题之一。本文结合机电所FSETO TP111气动系统的实际情况,以三位五通的比例流量阀作为控制核心,应用新型气动执行元件无杆气缸,组成气动伺服控制系统,设计线性二次型最优状态反馈控制器,实现气缸位移的高精度控制。本论文所进行的工作有助于深化我校气动比例伺服控制技术的研究和应用,同时对国内自动化领域气动伺服数字控制技术的应用和发展有着一定的参考价值和实用意义。 本文提出和建立了基于比例阀的气动位置计算机控制系统,并就其控制策略和方法进行研究,主要内容如下: 1.在分析气动比例/伺服控制、气缸和阀的结构特性的基础上,确定了气动位置系统计算机控制方案,研究结果表明,该方案具有控制简单、响应快、精度高、超调小等特点。 2.在分析气缸、阀流量特性和动力学的基础上,建立气动系统数学模型,从而为进一步控制策略的分析研究打下基础。 3.分析了常规PID控制在气动系统中的调节效果,进一步设计线性二次型最优控制器,利用MATLAB控制系统辅助分析软件对所构成的最优闭环控制系统进行响应性能和稳定性分析,仿真结果表明,系统响应快,超调小。 4.建立气动位置数字控制实验系统,开发了实时控制软件,对实验用主要设备进行了测试和标定,比较分析了系统不同工况下的实验结果。结果表明所设计的控制系统响应速度快、精度高、超调小、抗干扰能力强,具有良好的控制品质。实验结果验证本文所进行的理论分析和所选控制策略的切实可行性。