3-TPT并联机构运动伺服控制性能的研究

摘要

并联机构的提出，始源于1965Stewart平台的提出，经过40多年国内外的研究，已经衍生出各种不同的形式的并联机构并以并联机床或并联机器人的形式应用于工业生产。
　　并联机床因其结构上的优势，所以使得其具有刚度高、速度快、工作空间大等优点，因此在国内得到了广泛的研究。东北大学对于并联机床的研究较为深入，先后研制出了三杆三自由度、三杆五自由度以及3-TPS混联机床。但是，由并联机床的主体并联机构结构上的特点，使得它的运动控制变得尤为复杂。
　　因此本文以一种3-TPT并联机构为研究对象，从运动伺服控制的角度，以单杆伺服控制到三杆并联伺服控制的研究思路，通过仿真和实际实验来研究并联机构的运动伺服控制性能，本文的主要研究内容如下:
　　(1)根据已有的3-TPT并联机构，设计它的伺服控制系统，对伺服系统的整体控制结构和软硬件的组成作以介绍和简要分析。
　　(2)根据伺服系统的硬件参数，在Simulink建立并联机构单杆伺服控制系统的模型。对伺服系统的电流环以空间矢量控制为基础加入PID调节，对位置环与速度环均采用PID控制。
　　(3)在Simulink软件中，利用所建模型进行单杆伺服控制系统的仿真，并调节位置、速度、电流各环的PID调节参数，以作为实际单杆调试做参考。
　　(4)进行单杆伺服系统的硬件电路设计接线，并在实际实验中以阶跃信号与抛物线信号作为输入信号，由电流环开始，再到速度环，最后到位置环依次调节各环的PID控制参数，并总结各个参数的调节规律。
　　(5)对3-TPT并联机构作运动学与动力学的分析，建立运动学与动力学的方程。然后，在Simulink软件中，在单杆伺服系统的基础上，加入运动学与动力学模型，建立三杆并联伺服控制系统的模型并以圆弧曲线为输入信号进行运动学与动力学仿真。在仿真之中调试三杆并联的PID参数，最终使动平台的运动轨迹达到与理论输入轨迹较符合的状态。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景

1．2 课题研究目的与意义

1．2．1 课题研究意义

1．3 并联机构伺服控制发展现状

1．3．1 并联机构的运动学分析

1．3．2 并联机构的动力学分析

1．3．3 并联机构的伺服控制算法研究现状

1．4 研究内容

1．5 本章小结

第2章 并联机构伺服控制系统的设计

2．1 伺服系统控制对象

2．2 伺服控制系统的组成

2．3 伺服控制系统机械装置

2．4 伺服控制系统设计

2．4．1 控制系统总体方案

2，4．2 工控机(IPC)简介

2．4．3 PMAC运动控制卡

2．4．4 伺服电机与伺服驱动器

2．4．5 伺服系统总体结构确定

2．5 本章小结

第3章 单杆伺服控制系统建模与仿真

3．2 伺服驱动器的控制结构

3．3 伺服系统电流环仿真模型的建立

3．3．1 永磁同步电机的数学模型

3．3．2永磁同步电机的矢量控制

3．3．3 电压空间矢量控制(SVPWM)

3．4 伺服系统速度环的建模与仿真

3．4．1 速度环整体建模

3．4．2 速度环在Simulink中的参数调试仿真

3．5 伺服系统位置环建模仿真

3．6 本章小结

第4章 单杆伺服控制系统调节实验

4．1 单杆伺服系统的硬件连接

4．2 伺服系统的PID参数调节

4．2．1 PID参数整定方法

4．2．2 伺服系统速度环与电流环PID调节

4．2．3 单杆伺服系统位置环PID调节

4．3 本章小结

第5章 3-TPT并联机构伺服系统建模仿真

5．1 三杆并联机构的运动学方程

5．1．1 并联机构简介

5．1．2 运动学方程

5．2 三杆并联机构的静力学分析

5．3 三杆并联机构的动力学分析

5．4 单杆伺服系统简化模型的建立

5．5 三杆并联机构动力学模型

5．6 三杆并联机构运动伺服控制仿真

5．7 基于动力学模型的前馈控制

5．7．1 动力学前馈控制总体结构

5．7．2 动力学前馈控制的建模

5．7．3 动力学前馈控制模型的仿真

5．8 本章小结

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢