广义并联机构低耦合可重构机理与模态空间解耦控制研究

摘要

与串联机构相比，并联机构的承载力高、运动精度高、机构刚度大、误差均化。在隔震、精密指向、运动模拟等诸多领域内并联机构都取得了广泛的应用。对并联机构的解耦研究至关重要。解耦研究可从结构解耦设计及控制策略研究两方面进行入手，本文研究机构构型由复合单叶双曲面描述的广义并联机构，对广义并联机构从解耦设计、结构优化、控制策略到实验验证等方面进行了研究。
　　对广义并联机构构型分类、解耦定义及方法进行论述，基于解耦条件，给出广义并联机构复合解耦算法，该算法能求解广义并联机构沿Z轴平动及转动时构型调整方式，即下铰点调整轨迹，此时机构将保持解耦。据此提出机构可重构机理及全域低耦合思想，为设计全域低耦合广义并联机构提供依据。
　　针对所提出全域低耦合广义并联机构进行结构优化设计，优化指标选择雅可比条件数，基于粒子群算法对全域低耦合广义并联机构进行了结构优化，所得到的机构构型在所限定的情况下条件数最小。进一步对广义并联机构进行全域耦合数值评价，论证可重构机理在设计全域低耦合广义并联机构的有效性。
　　从控制策略上对广义并联机构的解耦控制进行研究。首先对广义并联机构进行模态分析，求解出其模态参数。通过仿真分析，探究机构构型、工作空间及模态控制对机构解耦的共同影响，分析模态控制改善机构解耦的程度。
　　搭建了实验样机，在实验样机上进行了广义并联机构低耦合实验验证，实验分析广义并联机构在不同位置的时域和频域特性，以及比较重构和非重构情况对各自由度价交叉耦合的影响。通过实验验证了重构算法的有效性，证明了基于复合解耦算法的广义并联机构的全域低耦合性能。

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3课题的主要研究内容

第2章 解耦描述及广义并联机构重构机理

2.1引言

2.2并联机构解耦概述

2.3广义Gough-Stewart并联机构复合解耦可重构机理

2.4本章小结

第3章 全域低耦合广义并联机构优化设计及评价

3.1引言

3.2全域低耦合广义并联机构优化设计

3.3全域低耦合数值评价

3.4本章小结

第4章 模态空间解耦控制的仿真分析

4.1引言

4.2并联机构的模态性质

4.3广义并联机构的模态分析方法

4.4广义并联机构的模态参数推导

4.5模态控制仿真研究

4.6本章小结

第5章 广义并联机构低耦合实验验证

5.1引言

5.2实验综述

5.3实验验证

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢