基于6自由度Stewart平台的控制系统研究及参数整定

论文摘要

本文以Stewart平台为研究对象,主要对其控制系统软、硬件系统进行了设计,并提出一种方便可行用于并联构型装备的PID整定方法。通过搭建虚拟样机平台,完成了平台的运动学、动力学,及其与驱动子系统的联合仿真,预估了控制器的参数。全文工作及成果如下:进行运动学分析。采用矢量法,建立了Stewart的运动学模型,推导出位置、速度和加速度逆解模型;采用Newton-Raphson迭代法,对位置正解进行数值分析。该迭代方法可较迅速的求解出运动学正解,从而满足了控制过程中的实时性要求。建立虚拟样机,完成了平台的运动学和动力学体仿真。根据仿真结果（包括位置、姿态、速度、受力）确定出所需电机、电动缸等型号。将上述动力学模型与驱动子系统联合,预估出了控制器PID参数的范围,从而进一步确定出合适的PID值。搭建控制系统软硬件平台。就硬件而言,设计出满足功能和要求的硬件电路（包括主电路、控制电路、接口电路）。对软件部分采用LabVIEW软件对控制程序进行编程,对界面、各个功能模块都进行了编写,从而满足机构的功能和要求。通过实验找出PID参数对控制系统影响的规律性,并提出一种快速调节PID的方法,该方法已在实际工作中得到验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 运动学分析
• 1.2.2 虚拟样机技术
• 1.2.3 控制系统设计
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 运动学模型
• 2.2.1 运动逆解
• 2.2.2 运动正解
• 2.3 小结
• 第三章 仿真及参数预估
• 3.1 引言
• 3.2 样机模型
• 3.3 运动学仿真
• 3.4 动力学仿真
• 3.4.1 动力学模型
• 3.4.2 仿真结果
• 3.5 PID控制联合仿真
• 3.6 参数预估
• 3.7 小结
• 第四章 控制系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 控制系统的硬件设计
• 4.2.1 硬件选择
• 4.2.2 电路设计
• 4.3 控制系统的软件设计
• 4.3.1 功能分析
• 4.3.2 软件开发
• 4.4 小结
• 第五章 实验
• 5.1 引言
• 5.2 阶跃信号的PID控制响应
• 5.3 PID参数的整定
• 5.4 小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢