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2-DOF并联机器人的智能模糊滑模控制研究

2020-12-06阅读(880)

2-DOF并联机器人的智能模糊滑模控制研究

论文摘要

并联机器人是一种全新的机器人,与串联机器人能够在结构上和性能上形成互补关系,可完成串联机器人难以完成的任务,扩大了机器人的应用范围,从而成为广大学者关注的焦点。而少自由度并联机构由于驱动元件少、造价低、结构简单紧凑、实用价值高,而具有更好的发展应用前景,基于此,本文对2-DOF并联机器人进行了研究。首先,本文对并联机器人的机构学与运动学进行了研究,主要包括机构位置正反解、奇异位形分析、工作空间确定和轨迹规划,为以后控制器的设计与实现等问题提供了必要的理论支持。然后,以“PC机+多轴运动控制卡”构建了并联机构交流伺服控制系统,该系统主要由三个并联设置的控制通道组成,每个控制通道由伺服控制器、放大器以及交流伺服电机组成,它是一种基于多个自主控制器的分布式协同控制系统。接着,在对并联机构进行动力学分析和建模的基础上,研究了多种控制算法,最终提出并设计了智能模糊滑模控制器。这种控制器结合了模糊控制和滑模控制各自的优点,即用动态滑模控制器来保证系统对内部参数变化和外部干扰的鲁棒性,用模糊控制器的连续输出取代切换项的不连续输出。计算机仿真表明该方法具有理想的控制精度,跟踪性能好,鲁棒性强,能有效地消除抖振现象,可实现并联机构的高精度实时控制。最后,本文利用VC++设计控制软件,使并联机构能在其工作空间内完成给定的轨迹运动,而且具有一定的控制精度。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 并联机器人概况
  • 1.2 对称少自由度冗余并联机器人
  • 1.3 并联机器人的研究现状和基本问题
  • 1.4 课题研究的主要内容、目的和意义
  • 1.4.1 课题研究对象
  • 1.4.2 课题研究的主要内容及结构安排
  • 1.4.3 课题研究的目的和意义
  • 1.5 本章小结
  • 第二章 2-DOF并联机器人机构学与运动学分析
  • 2.1 引言
  • 2.2 并联机器人运动学问题
  • 2.2.1 2-DOF并联机器人位置分析与参数设置
  • 2.2.2 GPM-200并联机构位置正解
  • 2.2.3 GPM-200并联机构位置反解
  • 2.3 奇异位形分析
  • 2.3.1 非冗余的5杆机构的奇异位形分析
  • 2.3.2 驱动冗余如何消除奇异点对精度与刚度的影响
  • 2.4 并联机构工作空间分析
  • 2.4.1 工作空间分析概述
  • 2.4.2 工作空间的确定
  • 2.4.3 Matlab与VC++混合编程进行工作空间仿真
  • 2.5 并联机器人轨迹规划
  • 2.5.1 机器人轨迹规划的一般概念
  • 2.5.2 2-DOF并联机器人轨迹规划
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 2-DOF并联机器人运动控制系统
  • 3.1 运动控制技术基础
  • 3.1.1 运动控制系统概述
  • 3.1.2 电机控制基本知识
  • 3.2 2-DOF并联机器人交流伺服控制系统的硬件环境
  • 3.2.1 2-DOF并联机构控制系统硬件系统
  • 3.2.2 运动控制卡
  • 3.2.3 控制卡功能介绍
  • 3.2.4 控制卡的安装和接线
  • 3.3 2-DOF并联机器人控制系统的逻辑结构
  • 3.3.1 并联机器人控制系统设计思想
  • 3.3.2 并联机器人控制系统结构分析
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 2-DOF并联机器人动力学分析及控制算法选择
  • 4.1 并联机器人动力学分析
  • 4.1.1 引言
  • 4.1.2 平面驱动冗余并联机器人的动力学模型
  • 4.2 并联机器人控制算法选择
  • 4.3 滑模变结构控制原理
  • 4.3.1 滑模变结构控制简介
  • 4.3.2 滑模变结构控制发展历史
  • 4.3.3 滑模变结构控制基本原理
  • 4.4 模糊控制器的原理及其设计方法原理
  • 4.4.1 模糊控制器的基本结构与组成
  • 4.4.2 精确输入量的模糊化运算
  • 4.4.3 知识库
  • 4.4.4 模糊控制规则库
  • 4.4.5 清晰化计算
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 2-DOF并联机器人智能模糊滑模控制器设计
  • 5.1 并联机器人控制系统模型的建立
  • 5.1.1 控制电机的选型
  • 5.1.2 交流伺服电机数学模型建立
  • 5.2 智能模糊滑模控制器的设计
  • 5.2.1 离散滑模控制
  • 5.2.2 时变离散滑模控制器的设计
  • 5.2.3 智能模糊滑模控制器的设计
  • 5.2.4 仿真结果
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 控制软件设计与机构实验
  • 6.1 引言
  • 6.2 软件设计的主要流程
  • 6.2.1 界面外观设计
  • 6.2.2 各主要功能模块软件设计
  • 6.3 2-DOF并联机器人的控制实验
  • 6.3.1 2-DOF并联机器人本体实验操作注意事项
  • 6.3.2 2-DOF并联机器人实验过程
  • 6.3.3 实验结果分析
  • 6.4 本章小结
  • 第七章 全文总结
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表论文与成果

    • 相关论文文献

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