3-TPS混联机床运动仿真与控制算法研究

论文摘要

混联机床是针对传统机床和纯并联机床的不足而进行的一种变异设计。它将串联结构与并联结构有机结合,继承了传统机床工作空间大、灵活度大、各轴可独立控制以及易于标定等特点,同时继承了并联机床刚度重量比大、响应速度快、加工精度高、环境适应能力强以及技术含量高等优点,摒弃了纯并联机床和纯串联机床的弊病,使得机床的可重组性、加工能力和加工精度得到有效的提高。本文详细分析了有关混联机床研究技术的国内外发展状况,对混联机床的机构性能、运动学、工作空间等一系列问题进行了比较深入和系统的分析,同时基于Pro/E和ADAMS软件对该并联机床进行了实体建模及运动学仿真。在运动学分析方面：位置逆解分析,平行机构的位置逆解分析,混联机床雅可比矩阵的计算,雅可比矩阵方法位置正解计算以及机床各运动学指标的仿真计算等。基于MATLAB软件对该混联机床进行了运动学(位置、速度、加速度)正逆解分析与仿真,从而得出本机床运动学方面的特点。在机构性能分析方面：采用数值法,利用MATLAB软件对该混联机床运动平台的工作空间加以确定和仿真。采用机构的可操作度指标对机床的奇异性进行研究；通过分析雅可比矩阵的条件数和可操作度来对机构的运动灵巧性进行了研究,并利用MATLAB工具软件进行具体计算,画出性能的三维图形来使分析可视化。在实体建模和运动学仿真方面：具体阐述了建模和运动学仿真在Pro/E和ADAMS下的实现过程,采用ADAMS提供的点驱动、样条函数、测量等功能可以很方便的求解并联机床的正解,由得出的仿真结果分析了该混联机床运动学方面的特点。讨论了伺服系统中常用的几种控制算法。通过仿真对比,最终确定算法结构闭环控制采用模糊PID算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 并联机构应用
• 1.2.2 并联机床理论研究
• 1.2.3 并联机床发展趋势
• 1.3 机器人仿真技术
• 1.4 本论文主要研究的内容
• 第2章 混联机床运动学分析
• 2.1 3-TPS混联机床结构分析
• 2.1.1 混联机床描述
• 2.1.2 机构的自由度
• 2.2 3-TPS混联机床的位置分析
• 2.2.1 机构的位置反解
• 2.2.2 平行约束机构的位置分析
• 2.2.3 机构的运动学雅可比矩阵
• 2.2.4 位置正解的雅可比方法
• 2.2.5 计算实例
• 2.3 3-TPT并联机构的运动分析
• 2.3.1 输入输出速度分析
• 2.3.2 加速度分析
• 2.3.3 速度、加速仿真
• 第3章 混联机床机构性能分析
• 3.1 机床的工作空间分析
• 3.1.1 影响并联机床工作空间的因素
• 3.1.2 并联机构工作空间的确定方法
• 3.1.3 算例
• 3.2 机构的奇异性分析
• 3.3 机构的灵巧性分析
• 第4章 混联机床三维实体建模及仿真分析
• 4.1 概述
• 4.1.1 电子样机技术简介
• 4.1.2 建模与仿真
• 4.1.3 运动学仿真
• 4.2 基于ADAMS的并联机构仿真分析
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 3-TPS并联机构的模型构建
• 4.2.3 3-TPS混联机床的运动仿真
• 第5章 控制算法研究
• 5.1 PID控制
• 5.1.1 PID控制算法结构
• 5.1.2 PID控制应用
• 5.2 模糊PID控制
• 5.3 神经网络PID控制
• 5.3.1 神经网络模型及算法
• 5.3.2 神经网PID算法
• 5.4 ADAMS与MATLAB的联合控制仿真
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢