气动肌肉并联隔振系统建模及智能控制研究

来源 :河南科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cai2008
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随着科学技术的迅猛发展和工程技术领域对隔振需求的提高,振动控制正在由无源的被动控制向有源的主动控制方向发展,而作为主动隔振系统中控制信号的直接执行者-作动器,逐渐成为研究学者们关注的重点。气动肌肉作为一种新型柔性的气动执行元件,具有构造简单、输出力与自重比大、无粘着与爬行现象、刚度可变、响应快、动作平滑等特点,已经被广泛应用在车辆减振、柔性机械手以及人体康复等领域。本文采用实验的方法建立了气动人工肌肉输出力模型,在此基础上建立了以气动人工肌肉为作动器的并联隔振系统模型,利用Matlab对本文的隔振系统进行智能 PID控制仿真,并通过基于改进遗传算法优化参数的PID控制实验对仿真结果进行验证。  本文将气动人工肌肉视为变刚度弹簧,通过静态的输出力实验拟合出气动人工肌肉输出力模型以及建立气动人工肌肉的充放气能量模型。根据电气比例阀的压力流量特性,建立电气比例阀的压力与流量模型,依据并联隔振系统的工作特点,建立其动力学方程,最终得出隔振系统较为完整的数学模型。进一步通过被动隔振实验,分析系统的固有特性并确定系统的初始平衡位置以及系统的阻尼系数。  由于 PAM本身就是一个强非线性系统,通过传统的控制策略来实现其高精度的动作难度较大,因此,针对本文所研究的气动肌肉并联隔振系统,主要进行了基于改进遗传算法优化PID参数的控制和BP神经网络PID控制两种方法,对其隔振效果进行仿真分析。在 Matlab/Simulink环境中,以隔振平台的位移响应幅值作为评价指标,以不同频率的正弦信号作为系统的激励,进行控制仿真,并对两种控制策略下的隔振效果进行对比与分析。  对现有的并联气动人工肌肉隔振平台进行完善,编写基于气动人工肌肉并联隔振系统的主动控制程序,并对其进行主动隔振控制实验。通过实验结果与仿真结果的对比,证明隔振系统模型的正确性和主动隔振控制策略的可行性,为并联隔振系统的主动控制研究奠定基础。
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