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基于LabVIEW的气动力伺服系统模型辨识与实验
摘要：本文基于LabVIEW软件，建立气动力伺服系统模型，运用辨识方法对模型进行参数标定。通过实验验证，得到标定的模型参数并验证其准确性。最终实现气动力伺服系统的控制目标，证明该模型辨识方法的有效性。
关键词：LabVIEW；气动力伺服系统；模型辨识；实验
一、绪论
气动力伺服系统广泛应用于现代工业，其精度和响应速度比其他系统更优。由于系统动态过程复杂，许多研究者对其稳定性和精度进行深入研究。对气动力伺服系统进行建模和辨识是优化系统控制和提高性能的关键步骤。
本文选用LabVIEW软件，建立气动力伺服系统模型，并采用参数辨识方法来估计系统的参数值。参数标定完成后，进行实验验证，得出标定的模型参数值并验证其准确性。最终实现气动力伺服系统的控制目标，证明该方法的有效性。
二、气动力伺服系统模型
气动力伺服系统具有非线性、时变性和耦合性等特点，导致系统难以确定其函数关系。因此，本文采用德国MATLAB公司的Simulink进行仿真，建立气动力伺服系统模型。模型框图如图1所示。
（插入图1模型框图）
该模型由位置控制环、电流控制环和电机模块组成。分别表示系统的控制、功率放大和执行部分。
位置控制环：方波参考信号经过前馈器、比例-积分-微分（PID）控制器和二阶滤波器后，作为位置控制信号。PID控制器用于处理误差信号，前馈器作用是根据偏差方向提前进行补偿。
电流控制环：输出位置控制信号传递给功率放大板，产生电流控制信号。该信号通过电流传感器进行反馈，形成控制回路。功率放大板主要是放大处理，同时对电机的电流和电压进行变换，以便电机输出足够的扭矩。
电机模块：该模块包括直流电机、机械系统和传感器。电机输出扭矩和运动，由机械系统转化为位置和速度信号，并反馈回电流控制环，实现控制。
三、模型辨识方法
气动力伺服系统参数标定是确定系统参数以实现优化控制的重要部分。本文选用求解非线性最小二乘法的方法进行参数辨识。该方法可以将非线性问题转化为线性问题，通过优化求解实现参数标定。模型参数包括电机阻抗、电感、惯性、电机摩擦力、机械耦合等。
实际系统中存在一些干扰因素，在参数标定时需进行处理。本文通过滤波来消除干扰，保证数据的质量和精度，提高辨识准确性。
四、实验验证
实验条件：气囊控制活塞运动，在一定时间内，控制系统将活塞平衡在一定高度位置上。
实验步骤：
1.首先需要校准控制器零点和各个模块的参数值，以确保实验数据的准确性。
2.连接好气囊、气压控制器、位置传感器等设备，实际操作过程见图2。
（插入图2实验操作过程）
3.测量气动力伺服系统各个参数的真实值，并通过参数标定得到系统的模型参数，结果如表1所示。
（插入表1模型参数标定结果）
4.运行控制系统，按预设高度位置控制气囊活塞上下运动，监测位置变化，实验结果如图3所示。
（插入图3实验结果）
五、结论
本文基于LabVIEW软件建立了气动力伺服系统模型，并采用参数辨识方法对该模型进行标定。通过实验验证，确认标定的模型参数的准确性，并实现了气动力伺服系统的控制目标。该方法可作为气动力伺服系统参数标定中实用的、有效的方法。