基于混合动力六连杆的转炉副枪探头自动装卸机构研究

论文摘要

转炉现代化炼钢实际生产中,副枪是重要的生产设备。影响副枪系统正常运转的最大和最常见的连接周期故障,严重影响转炉生产,针对这一故障产生的主要原因,研究高精度的副枪机构,对于转炉生产具有重要的意义。混合动力连杆机构由常规定速电机、可控伺服电机、多连杆机构组成,常规定速电机提供系统的主要动力,可控伺服电机提供系统的辅助动力并起调节作用,这两种动力通过是一个多连杆机构混合后实现期望的运动输出。五连杆机构中加入一个调节杆形成的混合动力六连杆机构,使原机构不仅增加了可调机械连杆部分还具有可控伺服电机,从而使整个系统具有两个柔性环节,这种机构在实现预期运动前提下,柔性大、机构简单、适用范围广。本文提出利用混合动力六连杆机构实现副枪探头更换操作。首先,优化选择混合动力六连杆机构类型,为分析混合动力六连杆机构的运动学特性,应用回路矢量法建立了数学模型,从运动学、逆运动学对六连杆机构进行了运动学分析。依据要实现期望的运动输出轨迹,优化混合动力六连杆机构参数。同时,通过将常规电动机等效为理想直流电动机模型,建立了电机的动力学模型；从动力学角度对混合动力六连杆机构进行了动力学分析,通过建立拉格朗日数学模型对混合动力六连杆机构进行了分析计算；针对混合动力六连杆机构运动性质并考虑到外界干扰、摩擦力以及系统参数变化等不定因素建立了动力学方程,分析计算了运动的性质特点,从而便于设计控制方案。根据混合动力六连杆机构具有非线性、强耦合性和时变等特点,选用滑模变结构控制作为控制策略,并采用基于滤波器的滑模变结构控制方法进一步抑制抖振问题。最后,通过仿真研究,验证了所设计的混合动力六连杆机构的可行性与有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 转炉副枪探头自动装卸机构的研究背景
• 1.2 基于混合动力六连杆转炉的副枪探头自动装卸机构研究的意义
• 1.3 国内外相关研究现状
• 1.3.1 机构基础理论的研究
• 1.3.2 机构的设计与控制研究
• 1.4 本文的主要工作和内容安排
• 第2章 机构类型选择及运动学分析
• 2.1 机构的类型选择
• 2.2 机构的运动学分析
• 2.2.1 运动学研究的方法及内容
• 2.2.2 正运动学分析
• 2.2.3 逆运动学分析
• 2.3 机构的参数选择及优化
• 2.3.1 定速电机的运动规律及坐标轨迹的选择
• 2.3.2 优化综合混合动力六连杆机构参数
• 2.4 本章小结
• 第3章 机构动力学分析
• 3.1 机构动力学分析
• 3.1.1 研究内容及方法
• 3.1.2 动力学模型建立
• 3.2 直流电动机的动力学方程和型号
• 3.3 机构系统动力学方程建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 混合动力六连杆机构的控制系统设计及仿真
• 4.1 滑模变结构控制基本概念
• 4.2 滑模变结构控制系统的基本特性
• 4.2.1 滑动模态的存在条件
• 4.2.2 到达条件
• 4.2.3 滑模变结构控制的特点
• 4.3 滑模变结构控制系统的设计
• 4.3.1 滑模变结构控制系统的设计必要条件
• 4.3.2 滑模变结构控制系统的基本设计步骤
• 4.4 滑模变结构控制系统的抖振问题
• 4.4.1 抖振产生的原因及其影响
• 4.4.2 抖振的主要抑制方法
• 4.4.3 利用准滑动模态法抑制抖振
• 4.5 基于低通滤波器的滑模变结构控制系统的设计
• 4.5.1 滑模切换面的选择
• 4.5.2 控制函数的选择及稳定性分析
• 4.6 滑模变结构控制系统的仿真
• 4.7 仿真结果分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢