混合驱动机构轨迹控制理论与实验研究

论文摘要

混合驱动机构弥补了传统机械装置缺乏柔性和全伺服机械系统因柔性过大而造成浪费严重的缺点,较为理想地解决了机械柔性化和保持高速、高效、高负载之间的矛盾,是目前机构学领域研究的热点。本文在对平面闭链五杆机构进行运动学和逆运动学分析基础上,研究了混合驱动机构的复杂轨迹控制问题。主要研究内容如下:对平面闭链五杆机构进行了正、逆运动学分析,研究了机构输入参数对输出运动轨迹的影响,提出了一种确定机构原动件输入运动规律的方法。应用机构动态静力分析理论,提出了一种在机构构件尺寸和原动件运动规律已知情况下,计算两原动件驱动力矩的方法;应用langrange方程建立了平面闭链五杆机构的动力学模型,通过算例仿真计算,验证了该方法的正确性。确定了混合驱动五杆机构驱动系统的控制方案,对相关硬件进行了选取;采用VC++语言开发了相应的控制软件;设计了参数优化PID控制器和模糊自整定PID控制器,并将其应用于交流伺服电机输出规律的控制,对两种控制器的控制效果进行了实例仿真。设计了混合驱动五杆机构轨迹控制实验台;采用参数优化PID策略控制伺服电机的输出,实验结果显示:对伺服电机进行控制后,机构生成轨迹精度明显提高;最后对实验误差进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 文献综述与研究现状分析
• 1.2.1 可控机构
• 1.2.2 混合驱动机构
• 1.2.3 运动伺服控制系统
• 1.2.4 混合驱动机构运动控制系统
• 1.2.5 混合驱动五杆机构
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2. 平面闭链五杆机构运动学、逆运动学分析
• 2.1 引言
• 2.2 平面闭链五杆机构运动学和逆运动学分析
• 2.2.1 五杆机构运动学分析
• 2.2.2 五杆机构逆运动学分析
• 2.2.3 原动件输入运动规律的确定
• 2.3 运动学分析算例
• 2.3.1 运动学分析软件
• 2.3.2 五杆机构分析算例
• 2.4 本章小结
• 3. 混合驱动五杆机构动力学分析
• 3.1 引言
• 3.2 混合驱动五杆机构的动态静力分析
• 3.2.1 机构各构件质心处运动学分析
• 3.2.2 机构各构件的受力分析
• 3.2.3 机构动态静力分析模型的建立
• 3.2.4 算例仿真
• 3.3 混合驱动五杆机构动力学模型的建立
• 3.3.1 广义坐标的选取
• 3.3.2 动能的计算
• 3.3.3 广义力的确定
• 3.3.4 五杆机构动力学微分方程的建立
• 3.3.5 数值算例
• 3.4 本章小结
• 4. 混合驱动五杆机构系统硬件选择及软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 混合驱动五杆机构系统硬件选择
• 4.2.1 混合驱动五杆机构驱动元件的选择
• 4.2.2 伺服系统的确定
• 4.2.3 运动控制器的确定
• 4.2.4 检测系统的构成
• 4.3 混合驱动五杆机构系统软件编制
• 4.3.1 软件选择
• 4.3.2 运动控制器的使用
• 4.3.3 控制系统软件开发
• 4.4 本章小结
• 5. 混合驱动五杆机构控制系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 混合驱动控制系统方案的确定
• 5.3 交流伺服电机数学模型的建立
• 5.4 混合驱动五杆机构PID 控制
• 5.4.1 常规 PID 控制器的控制模型
• 5.4.2 PID 控制器控制参数的优化设计
• 5.4.3 混合驱动五杆机构 PID 控制仿真
• 5.5 模糊PID 参数自整定控制器的设计
• 5.5.1 模糊 PID 参数自整定控制器的结构
• 5.5.2 PID 参数自整定模糊推理计算输入输出变量模糊化接口设计
• 5.5.3 模糊控制规则的建立
• 5.5.4 模糊 PID 参数自整定控制器解模糊方法选择
• 5.5.5 模糊 PID 自整定控制器仿真
• 5.6 本章小结
• 6. 混合驱动五杆机构轨迹控制实验研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验系统结构设计
• 6.3 实验系统工作原理
• 6.3.1 实验原理
• 6.3.2 实验仪器的使用
• 6.4 实验注意事项
• 6.4.1 原动件初始角位置的确定
• 6.4.2 时间间隔的精确实现
• 6.5 实验内容和实验结果分析
• 6.6 误差分析
• 6.7 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文