电阻点焊是一种主要用于薄板连接的制造工艺,在汽车制造及航空等工业部门得到广泛应用。传统的点焊工艺使用气动焊接驱动机构来完成,电极压力由气缸控制,其输出的电极压力不能随工况进行伺服调整,也无法保证电极压力的稳定性,而且电极与工件接触时产生的冲击也会影响车间工作环境和电极的使用寿命。气动伺服焊接驱动机构作为传统的气动焊接驱动机构的升级换代产品,可以实现对焊枪的高精度定位与柔性焊接控制,正在被越来越多的用户所关注,但其研究内容国内并未展开。本文在国家自然科学基金项目和流体动力与机电系统国家重点实验室开放基金项目的支持下,以高速开关阀控增力气缸组成的气动伺服系统为研究对象,以改善和提高气动力/位置复合伺服系统的性能为研究目标,从建立气动伺服系统的非线性模型入手,分别研究了气动位置伺服系统和气动力伺服系统的控制算法,然后研究了气动力位置复合伺服系统控制策略。本文主要研究内容总结如下:(1)设计了电阻点焊气动伺服驱动系统,包括硬件平台和应用虚拟仪器平台开发的软件系统。针对电阻点焊的特殊应用背景,设计制作了气动伺服驱动系统实验样机。(2)建立了高速开关阀控增力气缸的非线性数学模型。对高速开关阀的滞后响应进行了实验测试,提出了开关阀滞后响应的校正方法。考虑到高速开关阀质量流量在时间上的不连续性,推导了高速开关阀控固定容腔系统的传递函数。建立了增力气缸的Stribeck摩擦模型并进行了参数辨识,进一步对增力气缸的摩擦模型进行了修正,得到了在零速时连续可微的增力气缸摩擦力的数学模型。(3)为提高气动伺服系统的鲁棒性,增强抗干扰能力,调节气动系统的刚度,提出了基于运动和压力独立控制的线性自抗扰控制器方法,将用于控制气缸活塞运动轨迹的三阶线性自抗扰控制器和用于控制气缸容腔内压力轨迹的一阶线性自抗扰控制器相结合。仿真研究结果表明,该方法可以提高气动伺服系统的位置轨迹跟踪精度,增强抗干扰能力。(4)为了更好地抑制摩擦力等干扰信号和测量噪声的影响,提出了干扰观测器加前馈控制的方法,并将该方法分别应用到气动位置伺服系统和气动力伺服系统之中。仿真和实验研究结果验证了所提方法的有效性。(5)针对常规的阻抗控制在气动伺服系统与刚性电极接触前是单纯位置控制,容易导致接触时冲击力较大,并且作用力的稳态精度不高的弊端,设计了基于非接触阻抗控制的混合控制器,通过设计虚拟作用力来减小气动伺服系统与刚性电极碰撞接触时的冲击力,设计力控制器来进一步提高作用力的稳态跟踪精度。仿真研究结果表明所设计的混合控制器对气动伺服系统与刚性电极的接触过程是有效的。