具有复合材料构件的混合驱动连杆机构控制及性能研究

摘要

该文的研究对象是——含有螺旋副的两自由度五杆机构.目前,对混合驱动机构的研究主要为机构可动性与型综合方面,对辅助运动控制性能研究则关注较少.有些针对辅助运动控制的研究,主要还停留在简单的功能实现上,重点是辅助运动控制的可行性研究,对系统的控制输出精度研究则考虑较少,表现为未能很好地采用较先进而且合适的控制系统和控制算法.因此,针对这些问题,该文在辅助运动控制及性能方面开展了比较深入的研究.由于该系统采用全数字交流伺服随动控制系统,要求对电机转角实时调整,并有较快的跟踪速度和较高的跟踪精度,故对控制系统和控制方法都有较高要求.经过仔细地调查比较,最后确定采用最少拍无波纹半闭环控制系统,获得到了较好的效果.在混合驱动连杆机构研究中,原有构件均采用金属材料制成,因为金属材料强度高、价格低廉,易于制造.但金属材料比重大,快速运动时会产生较大惯性力与惯性力矩,尤其是在混合驱动连杆机构中,大多数构件的质心是作变速运动,产生的动载荷又难以完全平衡和消除,因而所需辅助电机功率就偏大,一般会达到主电机功率的30％以上,对辅助电机控制不利.因此,有必要寻找办法来克服混合驱动连杆机构中金属构杆惯性大的缺陷,降低负载,更好地满足给定曲线输出运动要求.为此,该文分别采用金属、尼龙棒、酚醛棉布模压棒以及三维编织复合材料制作机构中最长的连杆构件,通过四套系统进行对比实验研究,检验轻质材料对于优化系统控制性能的影响.结果表明,轻质的尼龙棒和层合复合材料——酚醛棉布模压棒有助于提高系统控制性能;而三维编织复合材料由于固化工艺限制,尺寸和刚性均暂时无法满足工业使用.为了提高系统的性能,在研究过程中时刻遵循可靠性设计的理念.在元器件选择时,采用精度高、可靠性好的元件,如机构中的螺旋副,采用精密滚珠丝杠.在电路设计时,采用了抗干扰、提高可靠性的措施,并委托专业厂家将设计的电路制成PCB板.这些都为系统整体的良好表现打下了基础.文章最后针对改进之前系统得到的实验数据,进行了详尽的统计学分析.通过对实验结果误差数据的采集、系统误差判别以及多元线性回归分析,揭示了误差的影响因素,得到了一些有益的结论.

目录

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论文摘要

第一章 绪论

1.1混合驱动连杆机构概述

1.2复合材料概述

1.3课题研究意义

1.4课题研究的内容和实现目标

参考文献

第二章 混合驱动连杆机构

2.1混合驱动连杆机构组成

2.2混合驱动连杆机构运动分析

参考文献

第三章 数字交流伺服随动控制系统

3.1交流伺服系统的发展

3.2控制系统类型选择

3.3控制方法选择

3.4最少拍无波纹半闭环控制系统的设计与仿真比较

3.5最少拍无波纹半闭环控制的算法实现

3.6程序设计中几个重要问题

参考文献

第四章硬件系统及抗干扰措施

4.1硬件系统

4.2抗干扰措施

4.3制作PCB板

参考文献

第五章 复合材料在机构中的应用研究

5.1 采用金属构件时系统的动力学分析

5.2尼龙棒性能参数

5.3酚醛棉布棒性能参数

5.4三维纺织复合材料的结构特点

5.5三维编织复合材料的力学性能

参考文献

第六章 实验结果和数据

6.1采用金属杆件的输出曲线

6.2采用尼龙棒的输出曲线

6.3采用酚醛棉布模压棒的输出曲线

6.4三维复合材料实验结果

第七章数据处理

7.1 实验数据处理的意义

7.2统计学软件SPSS简介

7.3误差的统计学分析

参考文献

第八章 全文总结及展望

8.1 全文总结

8.2展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录