大型自由曲面工件是工业设备和国防装备的重要组成部分,在船舶、航天航空、汽车等尖端产业中应用十分普遍,它的质量和精度对整个系统起着至关重要的作用。应用机械研抛装置对曲面抛光可以大大降低表面粗糙度,其终端执行器的转速稳定性对加工质量有重要的影响。本文主要围绕所设计的气动研抛装置的终端执行器—叶片气马达的转速控制展开研究,具体内容如下:(1)为满足大型自由曲面的研抛加工要求,开发了一种能确保研抛力恒定的且具有柔顺位姿调整功能的小型轻量化气动研抛装置。搭建了该研抛装置终端执行器—叶片气马达的转速控制研究试验平台。(2)为控制叶片气马达的转速,考虑采用高速开关阀调节其进气腔的压力和流量。通过分析马达的结构和工作原理,建立了叶片气马达周期性、离散的腔室体积模型。对该模型进行傅里叶级数展开,得到叶片气马达周期性、连续的腔室体积模型。同时结合叶片气马达运动学模型、腔室流量模型以及高速开关阀阀口流量模型建立了阀控叶片气马达转速控制系统整体的数学模型。(3)考虑研抛装置终端执行器的实际工况,设计了基于PID算法的转速控制器。对叶片气马达进行恒转速和轨迹跟踪控制试验,其稳态下的最大误差分别为29 r/min(控制转速为1000 r/min)和35 r/min(跟踪频率为1/8 Hz正弦曲线)。试验时在叶片气马达轴端施加外界扰动力矩,发现PID控制器调节下的阀控叶片气马达系统抵抗外界扰动能力较差。故引入滑模控制算法并设计了不基于模型的滑模转速控制器,试验表明该控制器对外界扰动有较强的鲁棒性,能更好地应对阀控叶片气马达系统的强非线性。(4)基于所建立的阀控叶片气马达转速控制系统数学模型,设计了基于模型的滑模转速控制器。再次对叶片气马达进行恒转速和轨迹跟踪控制试验,发现其稳态下的最大误差分别为20 r/min(控制转速为1000 r/min)和25 r/min(跟踪频率为1/8 Hz正弦曲线)。该控制算法极大地提高了叶片气马达转速控制的精度和稳定性,有助于保证研抛装置的加工质量。