基于Stewart平台机构的智能弯管机的优化设计与运动控制

论文摘要

现代加工业中,需要能根据现场的不同要求快速加工出弯曲程度各异的管材的弯管机。Stewart平台并联机构具有能输出多个自由度、结构刚度大、承载能力高、运动精度好、位置反解简单和方便力反馈控制等优点,将其作为智能弯管机的执行机构是Stewart平台并联机构的新应用。本论文对智能弯管机的结构选型设计、结构参数优化设计和轨迹跟踪控制进行了研究,主要工作如下:1.采用6-SPS型的Stewart平台机构作为智能弯管机的执行机构;采用伺服液压缸作为其连杆驱动部分;提出采用水平夹持管材,以水平面为主要弯管加工平面的新构思,以达到增大智能弯管机工作空间的目的。2.提出了在满足智能弯管机弯管的特殊轨迹的工作空间尽可能大和操作精度尽可能高的前提下,基于遗传算法对Stewart平台机构的结构参数进行多目标优化设计的思路和实现方法。对运用该优化方法得到的机构进行了运动学动力学仿真计算,计算结果表明:智能弯管机的结构参数优化结果可以改善其运动学动力学性能。3.提出了基于反馈线性化结合神经网络进行智能弯管机加工点轨迹跟踪控制的方法。应用该方法分别对加工点输出圆轨迹和螺旋轨迹的连杆速度输出进行了控制仿真,仿真结果说明基于反馈线性化结合神经网络的轨迹跟踪控制方法可以有效地减小轨迹输出误差,保证加工精度。本论文的运动学动力学建模、优化设计、控制及仿真工作是借助于MATLAB软件完成的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 Stewart平台机构的研究现状综述
• 1.2.1 Stewart平台机构的应用
• 1.2.2 Stewart平台机构的研究现状
• 1.3 论文选题意义和研究内容
• 第2章 Stewart平台机构的基本理论
• 2.1 Stewart平台机构的运动学分析
• 2.1.1 运动影响系数理论简介
• 2.1.2 Stewart平台机构的运动学模型
• 2.2 Stewart平台机构的动力学分析
• 2.2.1 雅可比矩阵
• 2.2.2 Stewart平台机构的动能和势能
• 2.2.3 拉格朗日形式的动力学方程
• 2.3 本章小结
• 第3章 智能弯管机方案设计
• 3.1 智能弯管机的结构选型
• 3.1.1 执行机构的选型
• 3.1.2 驱动部分的选择
• 3.1.3 夹持机构的选型
• 3.2 智能弯管机的工作原理
• 3.3 本章小结
• 第4章 智能弯管机的结构参数优化设计
• 4.1 优化数学模型的建立
• 4.1.1 Stewart平台机构的运动学反解方程
• 4.1.2 弯管轨迹方程
• 4.1.2 目标函数
• 4.1.3 设计变量
• 4.1.4 约束条件
• 4.2 优化方法的实现
• 4.2.1 遗传算法简介
• 4.2.2 优化实现步骤
• 4.3 计算结果
• 4.4 运动学动力学仿真算例
• 4.4.1 仿真输入参数的确定
• 4.4.2 运动学动力学仿真结果
• 4.4.3 弯管工作空间分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 智能弯管机的轨迹跟踪控制
• 5.1 伺服液压缸数学模型的建立
• 5.1.1 D/A转换器
• 5.1.2 伺服放大器
• 5.1.3 电液伺服阀
• 5.1.4 液压缸的数学模型
• 5.1.5 光电编码器
• 5.2 轨迹跟踪控制实现方法
• 5.2.1 反馈线性化结合神经网络控制方法简介
• 5.2.2 实现步骤
• 5.2.3 控制仿真算例
• 5.3 本章小节
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果