宏/微双驱动并联定位平台控制系统设计及误差分析

摘要

宏/微双驱动并联定位平台的定位精度是一项重要技术指标，而影响定位精度的因素主要有两个：1、伺服系统的控制精度；2、机械传动过程中所能保证的精度。本课题基于实验室设计的六自由度宏/微双驱动并联定位平台，以宏平台和微平台为主要对象，在建立运动学和动力学模型的基础上，设计宏了平台和微平台的控制策略，尽量消除控制系统的稳态误差；分析了宏平台的机构误差，微平台的柔性误差。最后，基于粒子群算法针对宏平台的机构误差进行了补偿。
　　具体研究工作如下：
　　机构总体介绍。简要阐述了六自由度宏/微双驱动并联定位平台的整体结构和具体实施方案等。在此基础上确定了本文的主要研究对象为宏平台与微平台，并基于Stewart并联机构建立了宏平台与微平台的逆运动学模型，采用宏平台设计参数结合MATLAB软件做了数值仿真。
　　宏平台为6-SPS型Stewart并联机构。因此，在逆运动学的基础上，利用拉格朗日法建立机构的理想动力学模型，并基于 MATLAB软件利用宏平台设计参数进行数值仿真。然后，在机构关节中加入“库伦-粘滞”摩擦模型，建立含有关节摩擦的动力学模型，并迭代求解。
　　设计宏平台、微平台的伺服控制系统，宏平台采用阀控液压驱动，基于模糊 PID设计了宏平台的伺服控制系统；微平台采用电压型压电陶瓷驱动，针对微平台的低频工作场合，采用积分分离 PID设计了微平台的伺服控制系统。最后，利用MATLAB/Simulink分别做了仿真分析。
　　对宏平台和微平台进行误差分析。由于宏平台在工作过程中有间隙误差，利用矩阵微分法构建宏平台误差模型，分析机构误差对宏平台机构末端位姿误差影响的特性，并利用ADAMS对含误差的机构进行仿真。由于微平台上、下铰链间均采用柔性铰链连接，依靠弹性铰支杆变形实现末端平台的运动，因此微平台不含有铰链间隙，但会带来柔性误差。本文利用Abaqus建立柔性体支杆，利用ADAMS导入Abaqus所建立的柔性体支杆，建立带有柔性上支杆的微平台虚拟样机模型，进而分析微平台的柔性误差。
　　针对宏平台的机构误差，本文对机构末端位姿误差进行补偿，综合考虑了误差模型中的各个误差源。采用PSO算法补偿宏平台所带来的机构误差，机构间位置和姿态的误差存在耦合关系，利用MATLAB软件进行PSO算法建模计算，求解驱动杆在给定轨迹下输入参数的补偿量，实现宏台的末端位姿误差补偿。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 宏/微双驱动定位平台的研究现状

1.3课题的主要研究内容

第2章 宏/微双驱动并联平台机械系统总体设计及运动学分析

2.1 宏/微双驱动并联平台机械系统总体设计

2.2 Stewart并联平台运动学分析

2.3 本章小结

第3章 6-SPS型Stewart并联机构动力学分析

3.1 拉格朗日动力学模型

3.2 机构理想动力学模型建立

3.3 摩擦力建模

3.4 本章小结

第4章 宏平台和微平台伺服控制系统设计

4.1 Stewart并联机构的控制策略

4.2 宏平台液压伺服控制模型

4.3 微平台压电陶瓷伺服控制模型

4.4 本章小结

第5章 宏平台和微平台的误差分析

5.1 宏平台机构误差建模

5.2 微平台柔性误差分析

5.3 本章小结

第6章 基于粒子群算法的宏平台机构误差补偿方法

6.1 基于PSO算法的误差补偿策略

6.2 宏平台机构误差补偿方法研究

6.3 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

攻读学位期间主要学术成果

致谢