储运发箱的高精度自动吊装方法研究

摘要

箱式发射提高了火箭弹发射平台的机动性，而现有的储运发箱吊装作业主要通过人力完成，存在效率低、定位精度低的现象。针对此现象，设计了储运发箱自动吊装系统，该系统中需要设计的内容包括吊臂的轨迹规划和电液伺服系统的控制器。本文提出了一种模糊神经网络PID的电液伺服系统控制方法，以实现高精度自动吊装。主要研究工作如下: 首先介绍自动吊装系统的基本原理，设计了系统的整体架构，包括硬件部件的选型、软件的总体架构以及液压元件的选型和液压原理图设计。 然后建立了储运发箱自动吊装电液伺服系统的传递函数，包括变幅角和回转角电液伺服系统。针对两种系统分别建立了阀控缸和阀控马达的传递函数，对参数进行选择，进一步明确数学模型。最后分析了系统的误差和影响系统精度的因素。 接着分析吊装作业，对吊臂采用D-H法进行正运动学建模，得到吊臂末端的位姿，通过逆运动学得到了吊臂的各关节角度。采用五次多项式插值的方法在关节空间内对吊臂进行轨迹规划，再通过仿真验证可行性。 最后研究了自动吊装电液伺服系统的控制策略。首先分析了PID控制、模糊控制和RBF神经网络控制的特点，针对自动吊装电液伺服系统中存在的非线性因素及负载力干扰等问题，设计了模糊神经网络PID控制器。采用梯度下降法和引入动量因子对高斯隶属函数的中心、宽度和网络连接权值进行优化，达到在线整定PID参数的目的。最后利用Matlab搭建模型，对该控制算法进行仿真，验证了所设计控制器的有效性。

目录

声明

摘要

图表目录

1绪论

1．1课题背景及意义

1．2自动吊装技术的研究现状

1．2．1自动吊装机构轨迹规划

1．2．2自动吊装电液伺服系统控制策略

1．3论文主要内容

2自动吊装电液伺服系统组成分析

2．1储运发箱自动吊装电液伺服系统的工作原理

2．2系统主要技术指标

2．3系统架构组成

2．3．1控制计算机模块

2．3．2数据采集卡

2．3．3 D／A转换模块

2．3．4旋转变压器与数字转换模块

2．3．5伺服放大器

2．4液压控制回路设计

2．4．1主要液压元器件选型

2．4．2系统液压回路工作原理

2．5本章小结

3储运发箱自动吊装电液伺服系统数学模型

3．1伺服阀的数学模型

3．2阀控液压缸的数学模型

3．3阀控马达的数学模型

3．4电液伺服系统的稳态误差分析

3．4．1输入信号

3．4．2外负载力干扰

3．4．3液压系统自身因素

3．5本章小节

4自动吊装吊臂运动学及轨迹规划

4．1吊臂的基本动作及吊装参数

4．2吊臂运动学分析

4．2．1吊臂模型描述

4．2．2吊臂正运动学

4．2．3吊臂逆运动学

4．3自动吊装轨迹规划

4．3．1吊装轨迹分析

4．3．2轨迹规划算法

4．3．3轨迹规划仿真

4．4本章小结

5储运发箱自动吊装系统控制策略研究

5．1 PID控制

5．2模糊控制

5．2．1模糊控制的诞生与发展

5．2．2模糊控制基本原理

5．3神经网络控制

5．3．1神经网络概述

5．3．2神经网络的结构组成

5．3．3神经网络的学习算法

5．3．4 RBF神经网络结构

5．4基于模糊神经网络的PID控制

5．4．1模糊神经网络PID控制器结构

5．4．2算法设计

5．4．3学习算法

5．5控制器仿真与分析

5．5．1控制器的参数调整曲线

5．5．2系统输入阶跃响应的仿真结果

5．5．3系统输入正弦响应的仿真结果

5．6本章小结

6总结与展望

致谢

参考文献

附录