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研究生:楊翼豪
研究生(外文):Yi-Hao Yang
論文名稱:全數位化編碼技術應用於氣壓定位控制系統
論文名稱(外文):Application of Full-Digital Coding scheme to Pneumatic Position Control
指導教授:任志強任志強引用關係
指導教授(外文):Jyh-Chyang Renn
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:氣壓控制技術全數位化編碼技術二口二位開關閥
外文關鍵詞:pneumatic control systemFull-Digital2/2 on-off valvecoding scheme
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氣壓控制系統為一高度非線性且時變的系統,系統控制參數會隨著氣體的可壓縮性、系統的摩擦力、外界干擾等因素而改變,但因氣壓具有能量取得方便、乾淨無污染、維修容易等優點,故現今在工業界仍然被廣泛使用。
本論文的研究主要在探討全數位化氣壓定位控制系統之設計。全數位化氣壓閥係利用多個並列式二口二位開關閥(on-off valve)所組成,它主要目的係用來取代成本相對較高的傳統伺服閥或比例閥。本文所設計之全數位化氣壓閥(Digital Flow Control Unit, 簡稱DFCU),其基本原理為:小流量需求時意味著較少的開關閥處於ON的狀態,同樣地,需求大流量時則將較多的開關閥激磁並使其處於ON的狀態;這意味著全數位化氣壓閥的輸出流量可以透過激磁開關閥的數目進行比例控制。
本論文之氣壓控制系統將利用LabVIEW軟體撰寫控制程式,於訊號迴授部分將分別以雷射位移計、電阻式位移計作為全數位化氣壓平台移動之感測元件,並將不同之編碼技術應用在全數位化氣壓定位控制系統上,其採用之編碼技術為PNM編碼技術(Pulse Number Modulation)和二進制編碼技術,本文在此兩種編碼技術的基礎下,另外設計出兩種新型編碼技術,分別是結合兩種編碼控制技術之優點的混合式編碼以及簡化二進制編碼技術來進行控制的混合編碼技術,然後搭配PID及Fuzzy控制器來控制DFCU的開啟閥數,以控制氣壓量大小的輸出,最後完成氣壓缸定位控制之目的。而氣壓缸分別採用氣壓無桿缸與氣壓雙動缸來做定位控制比較。
另外,本論文所提出之全數位化氣壓定位控制系統具有結構簡單、成本低廉、操作噪音小及壽命較長的優點,預期未來在業界將極具推廣的價值。
The pneumatic control system is a highly non-linear and time-varying system. The system parameters would be changed by compressible gas, friction force, external interference. The pneumatic control system has the advantage of easy to get energy and maintain, Therefore nowadays it could widely be applied in industry.
In this paper, a new Full-Digital Flow Control Unit (DFCU) consisting of several parallel-connected 2/2 on-off valves is designed. The basic operation principle of the developed DFCU is described briefly as follows. If the demanded volumetric flow is quite low, then only few on-off valves will be energized to supply low amount of pneumatic power to the system. On the other hand, if the positioning system demands large amount of pneumatic power, then more 2/2 on-off valves will be switched to ON position. This means that DFCU could use switch valve''s number to achieve the proportional control.
In this study, the software LABVIEW is utilized to develop the control system. At feedback parts will utilize the laser or linear wire potentiometer to be the sensor of the experiment. Then, this paper will utilize four kinds of coding scheme, such as PNM coding (Pulse Number Modulation) and Binary coding. Moreover, Based on these two coding scheme, this paper proposes two novel coding schemes. The first coding is Mixed PNM-Binary coding, it tries to combine good characteristics binary and PNM coding. The second one is mixed coding scheme based on PNM . We use PID and Fuzzy controller to control number of the actuated on-off valves. At last the position control is accomplish.
Besides, the DFCU has advantage of simple structure, low cost, noise reduction and long life. It expect to popularize in business in the future.
目 錄

中文摘要
英文摘要
誌謝
目錄
表目錄
圖目錄

一、 緒論
1.1 前言
1.2 研究背景與發展現況
1.3 研究動機
1.4 文獻回顧
1.5 論文架構


二、 全數位化氣壓比例閥控制定位系統描述
2.1 全數位化氣壓比例閥控制定位系統介紹
2.2 全數位化氣壓比例閥控制實驗平台架構
2.3 實驗設備介紹
2.4 LabVIEW程式語言

三、 控制理論介紹
3.1 PID控制理論
3.2 模糊控制理論

四、 編碼技術之應用
4.1 編碼技術介紹

五、 PID控制器設計及編碼技術實驗結果討論
5.1 全數位化氣壓比例閥PID控制
5.2 編碼技術應用於氣壓缸之PID控制實驗結果
5-3 實驗結果討論

六、 Fuzzy控制器設計及編碼技術實驗結果討論
6.1 全數位化氣壓比例閥Fuzzy控制
6.2 編碼技術應用於氣壓缸之Fuzzy控制實驗結果
6.3 實驗結果討論

七、 結論與未來展望
7.1 結論
7.2 未來展望

參考文獻
附錄
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