前言

氣動系統以其結構簡單、無污染、性價比高、維修方便以及抗干擾能力強等優點，被廣泛應用于化工、醫藥、紡織、微電子、生物工程等工業自動化領域中。氣動比例技術的出現，使氣動系統從邏輯控制領域擴展到比例/伺服控制領域。但是由于氣動系統固有的非線性、剛度小、阻尼比小以及固有頻率低等缺點，使得氣動比例系統定位技術進展緩慢，其控制精度和工作性能難以達到理想的效果，從而限制了氣動系統在工業領域中的推廣及應用。

本書在總結作者多年研究成果的基礎上，將其進一步理論化、系統化、規范化、實用化，主要以提高氣動比例系統的軌跡跟蹤精度為目標，通過分析其摩擦力及動態特性，對系統的摩擦非線性補償及智能控制策略進行研究。

書中在深入分析氣動比例系統的工作性能及特點的基礎上，研究系統的摩擦機理，并且通過疊加高頻低幅顫振信號補償系統的摩擦力，結合氣動比例系統的非線性特征，研究了智能混合控制器，實現系統良好的軌跡跟蹤性能。

本書共分6章。第1章為概述，綜述了氣動比例系統的特點及發展狀況，分析氣動系統的摩擦補償技術，闡述智能控制技術在該領域中的研究與應用。第2章對氣動比例系統的數學模型進行系統辨識與穩定性分析。通過系統辨識，消除數學模型在機理建模及線性化過程中造成的誤差，得到氣動比例系統較為精確的數學模型?；谠撃Ｐ瓦M行穩定性分析，根據奈奎斯特穩定判據判定該氣動比例系統屬于穩定系統。第3章研究氣動比例閥控缸系統動態模型，描述系統的氣源壓力、氣體流量及工作負載等工作參數對系統定位精度的影響規律。對不同的氣源壓力、氣體流量及工作負載下的定位精度進行多元非線性回歸分析，建立系統的定位精度與動態參數之間的關系方程，通過該方程可以近似計算出系統在不同狀態下的定位精度。第4章研究疊加高頻低幅顫振信號補償摩擦力的理論。采用現代控制理論與摩擦補償來減小非線性對系統運動精度的影響。第5章研究氣動比例系統的智能混合控制策略，有效克服系統的非線性。針對氣動比例系統的非線性特點，將神經模糊控制引入到專家控制中，形成一種綜合的實時智能混合控制策略。該控制器既具有專家控制的邏輯推理、模擬人的高級智能行為的能力，又具有神經模糊控制的直覺推理能力，將兩種控制策略結合實現了并行控制與知識共享。研究發現，該混合控制結構響應快，控制性能高，兼顧快速性和靈活性，對于系統的任意軌跡跟蹤具有較高的控制性能，對外干擾的魯棒性較強。第6章研制二自由度氣動比例系統的控制程序及控制界面，實現氣動比例系統在平面內的高精度軌跡跟蹤研究。從實用性的角度出發，設計出二自由度氣動比例系統，實現氣動比例系統在平面內的精確軌跡跟蹤研究，可以替代價格昂貴的伺服系統。

同時鑒于流體傳動的相似性，本書中的控制策略也可以拓展于電液比例系統或其它相關的領域中。

本書是基于LabVIEW，Microsoft公司的Visual C++以及MATLAB軟件開發設計的，各章節的內容相互關聯但又有一定的獨立性，讀者可以結合自己的學習方向深入地進行研究。

本書由山東交通學院的孔祥臻撰寫。本書內容及相關研究工作得到山東大學工程機械學院劉延俊教授、王勇教授，加拿大工程院院士、薩斯喀徹溫大學工程學院Chris Zhang教授的熱情指導。上海大學張兵副教授、山東交通學院陳正洪副教授、濟南創程機電設備有限公司高級工程師趙敬偉、煤炭工業濟南設計研究院有限責任公司高級工程師蔣守勇也給予了無私的幫助。本書的研究工作得到了山東交通學院“攀登計劃”重點科研創新團隊資助。在此一并表示感謝。

由于水平有限，書中難免存在一些不足之處，真誠歡迎廣大讀者批評指正。

著者　

2018年10月