報告人：莊潤郁 日期： 2007 年 5 月 29 日 嵌入氣靜壓軸承之氣壓伺服平台介紹 控制組專題討論

大綱 一. 緒論 二. 系統架構 三. 摩擦力量測 四. 定位控制 五. 循跡控制

 氣壓缸活塞及缸壁之間的摩擦力, 使 伺服氣壓定位系統在低速時產生黏滯 滑動現象, 以至於難以達到精密之定 位及循跡控制 Mechatronics 12 (2002) 813–831 A study on tracking position control of pneumatic actuators 一、緒論 摩擦力對定位控制的影響 摩擦力對循跡控制的影響

二、系統架構  嵌入氣靜壓軸承之氣壓伺服平台三視圖

圓形平面氣靜壓軸承結構圖 : 氣靜壓軸承式平台分體圖 :

供氣壓力 : P s = 2.5bar 配氣槽寬度 : G W = 0mm 配氣槽深度 : H G = 0mm 節流器數： n=3 節流器分布半徑 : R=2mm 軸承間隙： h=10um 節流孔徑： d=0.2mm 承載能力： F L =1.9526kgf  無配氣槽軸承之壓力分布

供氣壓力 : P s = 2.5bar 配氣槽寬度 : G W = 0.4mm 配氣槽深度 : H G = 0.04mm 節流器數： n=3 節流器分布半徑 : R=2mm 軸承間隙： h=10μm 節流孔徑： d=0.2mm 承載能力： F L =3.9168kgf  具配氣槽軸承之壓力分布

氣靜壓軸承式氣壓缸剖面圖 : 氣靜壓軸承式氣壓缸之活塞及端蓋配氣槽分布圖 :  氣靜壓軸承式氣壓缸之結構

供氣壓力 : P s = 4bar 偏心量 : e = 2μm 配氣槽寬度 : G W = 0mm 配氣槽深度 : H G = 0mm 氣室壓力 : P A =P B =0bar 軸承間隙： h=10μm 節流孔徑： d=0.2mm 承載自重： F L =3.0697kgf  無配氣槽活塞之壓力分布

供氣壓力 : P s = 4bar 偏心量 : e = 2μm 配氣槽寬度 : G W = 0.5mm 配氣槽深度 : H G = 0.2mm 氣室壓力 : P A =P B =0bar 軸承間隙： h=10μm 節流孔徑： d=0.2mm 承載自重： F L =1.1864kgf  具配氣槽活塞之壓力分布

 系統架構示意圖

三、摩擦力量測  摩擦力量測平台系統架構圖

氣壓缸摩擦力與運動速度之關係圖 系統摩擦力與運動速度之關係圖  摩擦力量測結果

四、定位控制  雙模自調式模糊控制方塊圖

 單步階定位控制響應圖

 循跡控制方塊圖 五、循跡控制

 模糊滑動控制器 由於平台的低摩擦特性，加上氣體的可壓縮性，造成循跡容易發生抖 動的現象，所以我們使用模糊滑動控制器，再有考慮加速度誤差的情形 下可有效的降低振動現象。我們取滑動平面方程式： 。目標是滑動 平面方程式為 0 ，即 ，求解 ODE 可得, 即位置輸出會以 之速 度收斂到目標值，但由於循跡時目標值隨時間改變，以致無法即時使誤 差收斂到 0 。

 PI 型模糊控制器 相較於 PD 型模糊控制器,PI 型模糊控制器有較慢的響應 速度，且能有效的消除偏移的 誤差。

 弦波端點補償 弦波的端點處速度變化量大, 速度由高變 低然後轉向再由低速變高速的過程中，低 速時的摩擦力較大，容易使控制命令在低 速時，造成較大的誤差，故我們在平台速 度小於 時加入誤差補償 : 其中 為加入端點補償的速度邊界

循跡結果圖 0.2Hz/1mm sin wave  正弦波位置循跡實驗結果 利用所設計之控制器 做正弦波循跡控制 ，在振幅 1mm 頻 率 0.2HZ 下可有效 控制 最大誤差 18um 週期平均誤差 4.3um

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