基于PMAC的3-UPU并联机构控制系统研究

摘要

并联机构是由多条并行链组成的一种闭环系统，因其相比于串联机构具有较大的刚度、较强的承载能力、较高的精度、较快的响应速度、较好的运动性能等许多优点，从而使得并联机构得到了广泛的应用和研究。其中控制系统是并联机构的核心环节，同时也决定了并联机构性能的优劣程度。本文以3-UPU并联机构作为研究对象，并对其控制系统进行了深入的分析和研究。论文主要从以下几个方面的内容进行展开:
　　(1)基于机构学原理和运动学原理，对并联机构进行了机构分析，利用三维软件Solidworks构建3-UPU并联机构的三维实体模型，并利用空间自由度公式计算其自由度，同时通过运动学分析推导了3-UPU并联机构的位置逆解模型和位置正解模型，最后利用运动学的逆解模型对机构的工作空间进行分析求解。
　　(2)通过Matlab和Solidwork构建3-UPU并联机构控制系统的模型，首先是对机构的模型进行优化，然后利用两个软件的接口转换构建3-UPU并联机构的SimMechanics模型，并通过Simulink分别建立了基于传统PID控制模型和基于模糊PID控制模型，通过仿真结果比较两种控制方案在响应速度和轨迹跟踪的误差大小等方面品质的优劣。
　　(3)针对并联机构的特点，采用微分的方法对梯形曲线加减速、指数型曲线加减速和S型曲线加减速的速度曲线进行分析，同时推导出梯形、指数型和S型这三种速度曲线的运动规律，并通过PMAC运动控制卡对S型速度曲线进行实验，从而验证S型加减速曲线控制模式下，机构在启动、停止和加减速的运行过程中的平稳性。
　　(4)搭建3-UPU并联机构控制系统的实验平台，包括运动控制单元、伺服单元、安全单元的安装及其硬件参数的配置，最后通过搭建的实验平台先进行系统调试，然后再对该系统进行轨迹运动实验。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的及意义

1．2 并联机构概述

1．3 并联机构控制系统的发展现状

1．4 并联机构控制系统的发展趋势

1．5 论文的主要内容

第2章 3-UPU并联机构的运动学分析

2．1 引言

2．2 3-UPU并联机构的自由度计算

2．3 3-UPU并联机构位置逆解

2．4 3-UPU并联机构位置正解

2．5 3-UPU并联机构工作空间分析

2．6 本章小结

第3章 3-UPU并联机构控制系统建模与设计

3．1 引言

3．2．1 基于Solidworks的3-UPU并联机构建模

3．2．2 基于Matlab的3-UPU并联机构SimMechanics建模

3．3 3-UPU并联机构传统控制算法的设计

3．4 3-UPU并联机构先进控制算法的设计

3．4．1 定义变量的隶属度函数

3．4．2 定义模糊规则

3．4．3 模糊PID控制系统的设计

3．5 本章小结

第4章 基于PMAC的3-UPU并联机构运动控制方法研究

4．1 引言

4．2 3-UPU并联机构梯形与指数型加减速算法分析

4．2．1 梯形曲线加减速算法分析

4．2．2 指数曲线加减速算法分析

4．3 3-UPU并联机构S型曲线加减速算法分析

4．3．1 S型曲线加减速运动指令

4．3．2 基于PMAC卡的S型曲线加减速算法分析

4．4 3-UPU并联机构的S型曲线加减速实验分析

4．5 本章小结

第5章 3-UPU并联机构控制系统的搭建与实验

5．1 引言

5．2．1 3-UPU并联机构运动控制单元的搭建

5．2．2 3-UPU并联机构伺服单元的搭建

5．2．3 3-UPU并联机构安全单元的搭建

5．3 3-UPU并联机构控制系统初始参数配置

5．4 3-UPU并联机构控制系统的实验分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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