| 姓名 |
鄭家昇(Jia-Sheng Jheng)
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畢業系所 |
機械工程學系 |
| 論文名稱 |
順滑模式應用於氣動馬達伺服平台之定位控制
(Siding mode control for pneumatic servo system)
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| 檔案 |
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| 摘要(中) |
本論文目的是利用DSP單晶片做為控制器設計介面，將控制器應用在氣動馬達伺服平台的單軸定位控制。控制器的設計方法分別使用PID控制器、PD調變控制方法(Proportional-Differential-Modulation Controller)以及順滑模式理論(Sliding-Mode Theory)作為設計的基礎。
由於氣體的可壓縮性以及系統摩擦力等影響，造成系統具有高度非線性的特性，因此本文首先利用Ziegler Nichols方法設計PID控制器的增益值，再利用此增益值作為參考，根據響應區間的特性設計PD調變控制器；爾後利用MATLAB軟體的系統鑑別功能，估測系統參數變動的範圍，再利用順滑模式理論設計對於變動參數具有強健性的順滑模式控制器(SMC：Sliding-Mode-Controller)，並與PD調變控制器作性能的比較。
然而，不論使用那一種控制器的設計，氣動馬達在低速時，系統的摩擦力行為都相當複雜而不可預測，造成系統在最後定位時產生以震動及穩態誤差。因此本文在低速時，將系統加入最大靜摩擦力的補償，以消除系統震動以及穩態誤差，達到定位的目標。 |
| 摘要(英) |
The purpose of this thesis is to control the air motor by using the DSP controller. This thesis was presented the results of position control in a single axis of table by PID, PD-Modulation controller as well as Sliding-Mode controller (SMC).
The nonlinear system is caused by friction force and compressibility of air in the mechanism. The gains of PID controller were decided by Ziegler Nichols method. The PD Modulation controller was evaluated from the gains of PID controller and the definitions of PD modulation method. At the end of this thesis, the SMC will be proved that it has better robustness for uncertain system, the ranges of uncertain parameters can be found by the system identification functions in MATLAB.
Because of lower speed, the friction behavior, causes the steady state error, is complicated and difficult to predict. Therefore, the friction compensation was applied to eliminate the steady state error and the following experimental results were illustrated the comparisons of methods previously described. |
| 關鍵字(中) |
★ 氣動馬達
★ PD調變控制器
★ 順滑模式控制器
★ 定位控制 |
關鍵字(英) |
★ Air motor
★ PD-Modulation controller
★ Sliding-Mode controller
★ Position control |
| 論文目次 |
摘要.................................................. I
英文摘要.............................................. II
誌謝.................................................. III
目錄.................................................. IV
表目錄................................................ VII
圖目錄................................................ VIII
第一章 緒論........................................... 1
1-1 前言.......................................... 1
1-2 研究動機與背景................................ 2
1-3 文獻回顧...................................... 2
1-3-1 氣壓系統................................ 2
1-3-2 氣動馬達................................ 3
1-3-3 可變結構控制器.......................... 4
1-4 研究目的與方法................................ 4
1-5 論文架構...................................... 5
第二章 系統架構....................................... 6
2-1 控制器........................................ 7
2-2 光學尺........................................ 7
2-3 比例式伺服閥.................................. 8
2-4 葉片式氣動馬達................................ 10
2-5 DSP實驗板LH-069............................... 10
2-5-1 數位/類比轉換輸出介面(DAC).............. 11
2-5-2 光學編碼器回授訊號介面.................. 13
2-6 設備與元件規格表.............................. 14
第三章 控制器設計方法................................. 15
3-1 系統無感區補償................................ 15
3-2 PD調變控制器.................................. 16
3-2-1 PD控制法則參數設計.............................. 17
3-3 順滑模式控制理論.............................. 19
3-3-1 順滑模式簡介.................................... 19
3-3-2 順滑模式控制理論之基礎.......................... 20
3-3-3 迫近條件與順滑條件.............................. 22
3-3-4 順滑層(Sliding Layer)應用於改善切跳現象......... 23
第四章 實驗結果與討論................................. 26
4-1 系統動態...................................... 26
4-2 PID控制器實驗結果與討論........................... 27
4-3 PD調變控制器參數選取.......................... 30
4-3-1 PD調變控制器實驗結果.................... 30
4-3-2 PD調變控制器實驗結果討論................ 34
4-4 順滑模式控制器設計............................ 35
4-4-1 控制力設計.............................. 35
4-4-2 順滑模式控制器實驗結果.................. 40
4-4-3 順滑模式控制器實驗結果討論.............. 44
第五章 結論與未來展望................................. 45
參考文獻.............................................. 46
附錄.................................................. 48
圖A 氣動馬達伺服平台系統實體圖........................ 48
圖B PD調變控制器100mm位置響應圖(3kg/cm2).............. 48
圖B1 PD調變控制器100mm誤差響應圖(3kg/cm2)............. 49
圖B2 PD調變控制器100mm位置響應圖(4kg/cm2)............. 49
圖B3 PD調變控制器100mm誤差響應圖(4kg/cm2)............. 50
圖B4 PD調變控制器100mm位置響應圖(5kg/cm2)............. 50
圖B5 PD調變控制器100mm誤差響應圖(5kg/cm2)............. 51
圖C 順滑模式控制器100mm位置響應圖(3kg/cm2)............ 51
圖C1 順滑模式控制器100mm誤差響應圖(3kg/cm2)........... 52
圖C2 順滑模式控制器100mm位置響應圖(4kg/cm2)........... 52
圖C3 順滑模式控制器100mm誤差響應圖(4kg/cm2)........... 53
圖C4 順滑模式控制器100mm位置響應圖(5kg/cm2)........... 53
圖C5 順滑模式控制器100mm誤差響應圖(5kg/cm2)........... 54 |
| 參考文獻 |
[1] Junbo Song and Yoshihisa Ishida, “A ROBUST SLIDING MODE CONTROL FOR PNEUMATIC SERVO SYSTEMS”, Int. J. Engng Sci, Vol. 35, NO. 8, pp.711-723, 1997.
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[15] 黃英哲、董勝源，「TMS320C240原理與C語言控制應用實習」，長高科技圖書，2002。 |
| 指導教授 |
黃衍任(Yean-Ren Hwang)
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審核日期 |
2008-7-23 |
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