由于气动技术具有传动速度快、元件结构简单、无污染、维护方便和成本低廉等一系列显著优点,使其在工业生产的许多部门及医疗器械等行业中得到了广泛的应用,气动技术已成为自动化不可缺少的重要手段,气动伺服技术作为前沿研究领域,已备受人们的重视。但由于气动系统固有的强非线性和摩擦力的影响,使得控制精度和稳定性难以达到理想的效果,限制了气动技术在工业上的应用。因此对气动位置系统进行研究,采用适当的控制方法改善定位时的缓冲特性,提高工作速度,实现任意位置的精确定位,就成了当前研究的重要课题。 本文对由伺服阀和无杆气缸组成的气动伺服位置控制系统进行了数学建模和控制研究。首先对气动伺服位置控制系统进行系统的分析,并建立气动位置伺服控制系统的数学模型。由于气体具有压缩性、气体通过阀口流量的非线性和气缸存在摩擦力等原因,气动系统实际上属于非线性时变系统。 其次介绍气动伺服位置控制实验系统的软件和硬件的组成及工作原理,并进行了实验系统软硬件环境的配置。最后针对该气动伺服位置控制系统的特点,重点对控制策略进行研究,设计控制方案,并通过计算机仿真验证方案的可行性和有效性。由于BP神经网络在一定条件下可以逼近任意非线性函数,并具有自学习、自适应等特点,适用于对非线性系统进行控制。因此,本文在常规PID和神经网络控制的基础上,提出神经网络PID控制的控制策略,设计了控制器,并进行仿真。仿真结果证明神经网络PID控制器用于气动伺服位置控制的可行性和有效性,以及采用该控制器的实验系统可以实现气缸活塞全行程任意位置上的精确定位,定位精度可达±0.1mm,具有较快的响应速度,具有较强的鲁棒性,完全能够满足工业机械手的定位要求,具有较高的工程应用价值。