混合驱动机器的跟踪控制和原理性实验研究

论文摘要

混合驱动机器的基本思想是采用常规电机为系统提供主要动力,伺服电机起运动调节作用,两种类型的输入运动通过一个多自由度机构合成后产生所需要的输出运动。因为伺服电机具有良好的可控性,所以可以使用伺服电机与常规电机配合驱动机器运动,通过编程控制伺服电机运动规律,达到柔性输出的目的,以适应不同的加工工艺和多种产品的需要。其兼容了由定转速电机驱动的传统机构高效率、高承载力及伺服驱动机构柔性可调的优点,弥补了传统机械缺乏柔性的缺点,比较理想地解决了柔性化与保持高速、高效、高承载力这一对矛盾,为现代机械设计提出了一个新思路。鉴于混合驱动机器的理论研究的重要性和有待于尽快转化成实际产品,在冲压工业上发挥其显著功效。将理论与实践相结合,验证其可靠性和先进性。本文着重进行以混合驱动压力机为潜在应用背景的实验研究,主要有:以混合驱动机器的理论研究为依据,进行尺度参数的优化,确定实验机构的尺度参数,进行运动学和动力学仿真;对混合驱动压力机进行了准静态动力分析,给出了混合驱动压力机的动力和功率分配模型,并对拉深工艺阻力与伺服电机的功率分配的关系进行了研究;采用变结构控制策略,对混合驱动实验机构进行全闭环运动控制,实现对混合驱动压力机稳定的轨迹跟踪控制和仿真研究;提出基于逆运动学理论作为误差校正模型的混合驱动压力机运动控制方法,并进行实时在线误差补偿的运动控制方法研究,开发了混合驱动压力机运动控制实时在线误差补偿的运动控制软件,为提高运动输出的主动跟随运动精度,提供了理论保证;进行了混合驱动压力机实时在线误差补偿控制的实验研究,利用运动误差实时在线补偿控制软件分别对混合驱动压力机实验机构进行了无工作载荷和有工作载荷的实验研究,为下一步进行混合驱动压力机的样机研制奠定了基础。最后,对混合驱动压力机的基础理论研究和样机的试制,提出了一些建议和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 国内外相关课题的研究现状
• 1.2.1 混合驱动机构的理论研究
• 1.2.2 伺服电机应用于压力机的研究
• 1.2.3 伺服驱动机械系统控制方法的研究
• 1.2.4 混合驱动机构的实验研究
• 1.3 本论文主要内容
• 第二章 混合驱动压力机实验机构的选型
• 2.1 引言
• 2.2 实验机构的选型
• 2.3 实验机构的尺度参数优化
• 2.3.1 实验机构正运动学分析
• 2.3.2 实验机构优化目标函数
• 2.3.3 实验机构优化设计的设计变量
• 2.3.4 实验机构优化设计的约束条件
• 2.4 实验机构优化设计的结果
• 2.4.1 优化实例
• 2.4.2 优化实例1
• 2.4.3 优化实例2
• 2.4.4 优化实例3
• 2.5 本章小结
• 第三章 混合驱动压力机的电机功率分配研究
• 3.1 引言
• 3.2 可控压力机受力分析
• 3.2.1 实验机构尺度参数
• 3.2.2 实验机构受力简化
• 3.2.3 实验机构受力分析
• 3.3 实验机构位置分析
• 3.3.1 实例1
• 3.3.2 结果分析
• 3.3.3 实例2
• 3.4 本章小结
• 第四章 混合驱动实验机构的动力学仿真和误差校正模型确定
• 4.1 引言
• 4.2 实验机构的动力学仿真
• 4.3 实验机构的误差校正模型的确定
• 4.3.1 逆运动学模型
• 4.3.2 实例
• 4.5 本章小结
• 第五章 混合驱动机器控制策略和控制方法的研究
• 5.1 引言
• 5.2 混合驱动压力机变结构控制策略研究
• 5.3 PID 控制器的控制模型
• 5.4 实时在线误差补偿仿真研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 混合驱动机器实时在线误差补偿实验研究
• 6.1 三维实体动态仿真设计
• 6.2 实验机构运动控制的实验方法
• 6.2.1 运动控制
• 6.2.2 位移输出实时检测
• 6.2.3 液压加载系统
• 6.2.4 运动执行机构
• 6.3 混合驱动实验机构实时在线误差补偿实验
• 6.3.1 不加载工况的实时在线误差补偿的实验
• 6.3.2 加载工况的误差实时在线补偿的实验
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 论文作者在攻读博士学位期间撰写的论文
• 论文作者在攻读博士学位期间参与的科研项目
• 致谢