平面过驱动并联机构的控制研究

发布时间：2017-04-05 20:09

  本文关键词：平面过驱动并联机构的控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：同串联机构比较,并联机构具有高精度、高负载等优点,可以弥补串联机构的不足。但由于其内部存在奇异性,真实工作空间较小。过驱动并联机构可以消除机构奇异点,对输入力进行优化,增加机构的容错率等,克服普通并联机构的缺点,而且结构简单,易于控制,有很显著的经济性,已经成为研究热点,有十分重要的意义和价值。 本文以平面2自由度4分支过驱动并联机构为研究对象,首先进行了运动学方面的分析,建立了过驱动并联机构的运动学模型,获得了速度雅可比矩阵、工作空间以及力矩传递性能等。 其次,对过驱动并联机构建立动力学模型并分析,获得了驱动空间的速度和力矩限制与末端执行器空间的速度和加速度限制的变换关系。 之后,对平面2自由度4分支过驱动并联机构常见控制方法进行研究,分析了其优缺点,并进行了PD控制策略、增广PD控制策略以及计算力矩控制策略的研究。 然后,通过搭建的过驱动并联机构模型,在Matlab中对PD控制器、计算力矩控制器和鲁棒控制器进行了仿真。可以看出,计算力矩控制和鲁棒控制能够消除机构末端的轨迹跟踪误差及外部干扰的影响,可以用较高的精度跟踪期望轨迹。最后,采用鲁棒控制算法进行了圆轨迹跟踪控制实验,发现过驱动并联机构在作圆周运动轨迹时,末端运动比较平稳,跟踪误差收敛于0,表明鲁棒控制是有效的。
【关键词】：并联机构 过驱动 计算力矩控制 鲁棒控制
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 目录5-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 引言7
• 1.2 并联机构的产生及发展7-9
• 1.3 平面2自由度过驱动并联机构研究现状9-11
• 1.4 选题概述11-12
• 1.4.1 选题来源11-12
• 1.4.2 选题的提出及意义12
• 1.5 本文主要的工作12-13
• 2 过驱动并联机构的运动学和动力学分析13-28
• 2.1 平面过驱动并联机构的结构分析13-14
• 2.1.1 过驱动并联机构的基本结构13
• 2.1.2 机构自由度分析13-14
• 2.2 过驱动并联机构的反解14-15
• 2.3 并联机构的工作空间分析15-16
• 2.4 过驱动并联机构的速度雅可比矩阵16-18
• 2.5 过驱动并联机构的正解18-19
• 2.6 力矩传递性能图谱19-20
• 2.7 动学数值仿真20-21
• 2.8 过驱动并联机构的动力学建模21-27
• 2.8.1 过驱动并联机构动力学建模分析21
• 2.8.2 动力学方程建模21-24
• 2.8.3 过驱动并联机构的动力学极限分析24-27
• 2.9 本章小结27-28
• 3 过驱动并联机构的控制研究28-36
• 3.1 几种常见的控制方法28-29
• 3.2 鲁棒控制的简介及作用29
• 3.3 几种可用于过驱动并联机构的鲁棒控制方法29-32
• 3.3.1 基于反馈线性化的鲁棒控制30
• 3.3.2 变结构控制方法30-31
• 3.3.3 鲁棒H~∞控制31-32
• 3.3.4 鲁棒自适应控制方法32
• 3.4 过驱动并联机构控制策略研究32-35
• 3.4.1 过驱动并联机构的PD控制器32-33
• 3.4.2 过驱动并联机构的增广PD控制器33-34
• 3.4.3 过驱动并联机构的计算力矩控制器34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 系统Matlab建模与仿真36-48
• 4.1 Matlab简介36
• 4.1.1 Simulink简介36
• 4.1.2 SimMechanics简介36
• 4.2 基于Matlab的过驱动并联机构建模36-38
• 4.3 计算力矩控制算法38-39
• 4.4 鲁棒控制算法39-43
• 4.5 控制器仿真43-47
• 4.6 本章小结47-48
• 5 过驱动并联机构的运动控制实验48-55
• 5.1 过驱动并联机构运动控制系统的建立48-50
• 5.2 运动控制卡程序流程50-51
• 5.3 PC软件设计51-52
• 5.4 过驱动并联机构的鲁棒控制实验52-54
• 5.5 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-60
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文60-61
• 致谢61

【参考文献】

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本文编号：287611