并联四自由度运动平台机构分析与控制系统研究

摘要

并联四自由度运动平台是一种空间四自由度并联机构,针对目前航空航天领域对运动平台的一些应用要求,提出了一种可实现空间三维移动和绕Z轴转动的四自由度运动平台,并研究了四自由度运动平台的机构特性。该机构不仅具有输出精度高、机构刚性好、承载能力强等并联机构的特点,也具备工作空间大、构型简单、结构对称等优点。可用于开发运动模拟器、新型工作台、四维力传感器、微操作机器人以及并联机床等。本文主要针对四自由度运动平台的运动学分析、动力学分析、基于RBF神经网络滑模变结构控制的控制策略研究、基于NI PCI-7344运动控制套件的伺服控制系统设计等四个方面展开了研究。
　　本研究主要内容包括：⑴四自由度运动平台的运动学分析:在对运动平台自由度数分析的基础上,分别对机构进行位置正反解分析,速度与加速度分析,工作空间分析,奇异位形分析。并在运动学理论分析的基础上,基于MATLAB对四自由度运动平台进行运动学仿真。⑵四自由度运动平台的动力学分析:在对运动平台运动学分析的基础上,分别采用Newton-Euler法和Lagrange法对四自由度运动平台进行动力学分析。并根据 Lagrange法求解的动力学模型,利用MATLAB对四自由度运动平台进行动力学仿真。⑶四自由度运动平台的控制策略研究:应用于并联机构的控制策略有很多,在对传统控制策略分析的基础上,并根据运动平台的动力学模型,提出了RBF神经网络滑模变结构控制的并联机构控制策略,通过仿真分析表明该控制策略的控制效果理想。在分析运动平台的总体控制结构的基础上,将RBF神经网络滑模变结构控制应用于支链回路的控制,通过MATLAB/Simulink对支链控制回路进行仿真,为后续控制系统试验分析提供了理论依据。⑷四自由度运动平台的控制系统试验分析:在动力学建模和控制策略研究的基础上,基于NI PCI-7344运动控制套件设计伺服控制系统,通过伺服控制系统试验分析来验证控制系统的控制效果。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2文献综述

1.3 本文研究内容

1.4 本章小结

第2章 四自由度运动平台的运动学分析

2.1 引言

2.2 运动平台的自由度分析

2.3 运动平台的位置分析

2.4 运动平台的速度与加速度分析

2.5 运动平台的工作空间分析

2.6 运动平台的奇异性分析

2.7 运动学仿真分析

2.8 本章小结

第3章 四自由度运动平台的动力学分析

3.1引言

3.2 基于Newton-Euler法的动力学分析

3.3 基于Lagrange法的动力学分析

3.4 动力学仿真分析

3.5 本章小结

第4章 四自由度运动平台的控制策略研究

4.1 引言

4.2 并联机构控制策略分类

4.3 RBF神经网络滑模变结构控制

4.4 运动平台的控制系统设计

4.5 支链控制系统仿真

4.6 本章小结

第5章 控制系统试验分析

5.1引言

5.2 控制系统的硬件参数

5.3 控制系统的软件实现

5.4 控制试验分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢