基于模糊PID控制的4-SPS/CS并联机器人运动控制的研究

摘要

相比于串联机器人，并联机器人具有运动惯量小、无累积误差、结构稳定紧凑、承载力强等众多优点，因而得到学术界和工业界的广泛关注，逐渐成为研究热点。本文针对4-SPS/CS并联机器人的运动学、动力学和控制系统进行了研究。具体内容如下：
　　通过对4-SPS/CS并联机器人进行运动学分析，给出了运动学方程的逆解，求出了雅可比矩阵，为后面做准备。运用Lagrange方法，将机构分为动平台、驱动支链和恰约束从动支链3部分，分别进行动力学分析，建立了动力学方程。
　　通过分析PID控制和模糊控制的原理和特点，结合两种控制方法的优点，建立了模糊PID控制器，并在模糊PID+力偿控制算法的基础上建立了位置控制系统。
　　应用Matlab中的SimMechanics模块完成了该并联机器人的机械结构模型建立，通过Simulink模块建立了该并联机器人控制系统的仿真模型，并对位置控制系统进行了计算机仿真，验证了控制策略的有效性，能够保证该机构位置控制的精确性。
　　最后，结合4-SPS/CS并联机器人实验平台各部分的特点和功能，依据Clipper运动控制卡和系统软件的特点，给出了控制器在该平台的实现方法，并将其应用于实验平台，实现了对实验平台的运动控制。通过测试结果，证明了本文控制方法的有效性。为进一步的实验研究打下了理论和实验基础。

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第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 并联机器人的控制方法

1.3 并联机器人控制方法的研究现状

1.3 论文研究的内容、目的和难点

第2章 4-SPS/CS并联机器人的结构与动力学模型

2.1 引言

2.2 4-SPS/CS并联机器人的结构简介

2.3 4-SPS/CS并联机器人的运动学和动力学分析

2.4 本章小结

第3章 模糊PID控制器的设计

3.1 引言

3.2 4-SPS/CS并联机器人的控制策略

3.3 PID控制的原理和特点

3.4 模糊控制原理和特点

3.5 模糊PID控制

3.6 本章小结

第4章 基于SimMechanics的并联机器人仿真系统的建立

4.1 引言

4.2 构建并联机器人的SimMechanics模型

4.3 SimMechanics中模块参数的设置

4.4 模糊PID控制器的设计

4.5 仿真结果分析

4.6 本章小结

第5章 并联机器人实验平台的研究

5.1 前言

5.2 并联机器人实验平台简介

5.3 PMAC中的PID算法及参数整定

5.4 并联机器人系统的软件结构

5.5 仿真实验

5.6 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献