等距三平移并联机构运动学分析及其模糊PID控制

摘要

自上世纪60年代Stewart平台进入研究人员的视线以来,人们对空间并联机构的研究便如雨后春笋般涌现。随着研究的深入,研究人员发现少自由度并联机构不但具有完全六自由度并联机构结构简单、速度高、刚度大、累积误差小等特点,而且其控制简单易于实现、解析解简单、工作空间相对较大。
　　 本文将结合并联机构及激光应用的国内外研究现状及趋势,提出一种等距三平移并联机构,并对其相关运动学性能及控制策略进行研究和分析,以期开发出一种结构简单、工作空间大、求解容易的数字化样机模型,本文将主要进行以下工作:
　　 首先,在对并联机构关键技术及应用前景进行详细分析研究的基础上,对提出的等距三平移并联机构构型及自由度计算进行详细的介绍和求解,从而为该并联机构的其他性能分析和应用领域的确定提供理论参考。
　　 其次,根据相关并联机构位置求解理论和方法,建立起并联机构的位置正、逆解数学模型,进而计算出该并联机构的速度和加速度模型。通过ADAMS对本机构进行运动学仿真,并分析相关仿真结果,以期为正确控制伺服电机的运动提供理论指导。
　　 再者,并联机构工作空间的大小直接影响到并联机构的工作性能和使用范围。本文将通过边界搜索的方法求出该机构的工作空间,并对工作空间的大小等特性进行分析。
　　 最后,并联机构与传统机构最大的不同之处在于其结构简单、控制复杂、控制系统非线性严重,传统的控制策略很难达到理想的控制效果,本文将结合模糊控制无需建立精确的数学模型、鲁棒性好、可以离线操作等优点,运用模糊PID控制方法,针对该并联机构建立控制系统模型。通过Matlab／Simulink和Fuzzy工具箱,对并联机构控制系统建立仿真框图,分析控制效果为并联机构的应用提供控制策略。
　　 在文章结束时,本文还将对本并联机构的研究进行总结与展望为该机构的深入研究和应用提供方向。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 并联机构国内外研究现状

1.1.1 并联机构主要理论和关键技术研究现状

1.1.2 并联机构应用研究

1.2 激光加工的研究和开发现状

1.3 课题的来源及意义

1.4 本文所做的主要研究工作

1.5 本章小节

第2章 等距三平移并联机构自由度及位置正、逆解分析

2.1 等距三平移并联机构及自由度分析

2.2 等距三平移并联机构运动学分析

2.3 等距三平移并联机构位置解

2.3.1 坐标系的建立

2.3.2 杆长约束方程的建立

2.3.3 位置正、逆解分析

2.3.4 位置正、逆解算例

2.4 运动影响系数

2.5 等距三平移并联机构速度、加速度分析

2.6 速度特性分析

2.7 本章小节

第3章 等距三平移并联机构运动工作空间及静态误差研究

3.1 引言

3.2 并联机构工作空间的确定

3.2.1 并联机构工作空间分类

3.2.2 影响并联机构工作空间的因素

3.2.3 并联机构的工作空间搜索简析

3.2.4 并联机构的奇异形位简析

3.2.5 工作空间约束条件建立

3.2.6 工作空间算法描述

3.3 静态误差分析

3.4 本章小节

第4章 等距三平移并联机构数字化建模与运动学仿真研究

4.1 虚拟样机技术简述

4.2 等距三平移并联机构仿真模型的建立

4.3 等距三平移并联机构运动学仿真

4.4 本章小节

第5章 等距三平移并联机构模糊PID控制研究

5.1 等距三平移并联机构动态模型的建立

5.2 单通道系统模型建立

5.3 单通道传递函数求解

5.3.1 直流伺服电机传递函数模型建立

5.3.2 滚珠丝杠传递函数

5.3.3 位移传感器传递函数

5.3.4 速度传感器传递函数

5.3.5 单通道传递函数确定

5.4 PID控制技术概述

5.5 模糊控制系统的组成及设计步骤

5.6 模糊PID控制系统建立

5.6.1 模糊控制器参数选择及其论域确定

5.6.2 模糊控制器控制规则建立

5.6.3 控制系统稳定性分析

5.6.4 控制系统控制性能比较

5.7 本章小节

第6章 总结与展望

6.1.工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

在读学位期间发表的论文