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存在基础振动的单自由度机械臂研究

作　者: 郑青山
导　师: 侯保林
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子
关键词: 弹药自动装填直流电机智能算法非线性建模
分类号: TP241
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 37次
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内容摘要

弹药自动装填作为大口径自行火炮的核心部分,其性能好坏在很大程度上决定了未来数字化火炮现代化水平的高低。本文以大口径自行火炮自动装填系统中的弹药传输机械臂为研究对象,将其简化为存在强随机基础振动的高速变负载机械臂系统。结合实际控制电机,给出了机械臂伺服系统的具体实施控制方案,很好地仿真模拟了弹药传输机械臂受到外部随机激励的响应控制过程,为进一步改进和提高弹药自动装填系统设计理论作了有益的探索。针对弹药传输机械臂在行进中所遇到的一系列问题,本文设计了包括机械臂、电机、增量式编码器、电机控制器以及减速箱等在内的弹药传输机械臂小比例物理模型。结合电机学理论,对直流电机进行非线性建模。分别利用标准遗传算法、多种群遗传算法、BP神经网络等多种智能算法辨识出了所选电机的未知参数,由辨识所得参数计算的位置响应曲线和实验所得结果具有良好的一致性。运用“类等效”建模及改进遗传算法,对所组成的双闭环伺服系统进行了精确的非线性建模等效,为课题进一步研究变负载情况下的参数辨识及伺服控制奠定了良好的基础。结合自行火炮行进中弹药传输机械臂的实际情况,文中依次添加了路面时域激励、直流电机电流饱和非线性、电机传动非线性摩擦以及传动系统弹性化等因素的考虑。通过仿真分析外部随机激励对于机械臂位置跟踪响应的影响,运用串联控制回路以及主动阻尼补偿来对现有PID回路进行改进,所得结果证明了所设计控制回路具有良好的抗干扰能力及动态响应能力。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题的研究意义及背景  8-9
  1.2 本课题国内外研究现状  9-11
    1.2.1 国内外研究现状  9-11
  1.3 本文主要研究内容  11-13
2 存在基础振动的单自由度机械臂构建  13-24
  2.1 机械臂总体方案设计  13-14
    2.1.1 弹药传输机械臂简介  13
    2.1.2 系统方案设计  13-14
  2.2 机械臂传输系统各部件选择  14-23
    2.2.1 伺服系统零部件选择策略  14-15
    2.2.2 直流电机及检测单元选型  15-17
    2.2.3 行星齿轮箱单元  17-18
    2.2.4 有刷直流电机控制器的选择  18-19
    2.2.5 末端减速器及联轴器的选择  19-21
    2.2.6 激振器的选择  21
    2.2.7 功率放大器的选择  21-22
    2.2.8 压缩弹簧的参数确定  22-23
  2.3 本章小结  23-24
3 基于智能算法的直流电机参数辨识  24-46
  3.1 基于标准遗传算法的直流电机参数辨识  24-34
    3.1.1 遗传算法简介  24-26
    3.1.2 遗传算法工具箱  26
    3.1.3 直流电机模型及待辨识参数  26-28
    3.1.4 基于遗传算法的系统辨识策略  28-29
    3.1.5 基于标准遗传算法的实际系统参数辨识  29-34
  3.2 基于多种群遗传算法的直流电机参数辨识  34-40
    3.2.1 多种群遗传算法简介  34-35
    3.2.2 基于多种群遗传算法的实际系统参数辨识  35-40
  3.3 基于神经网络算法的直流电机参数辨识  40-45
    3.3.1 神经网络辨识简介  40
    3.3.2 神经网络辨识算法简介  40-42
    3.3.3 基于BP神经网络算法的实际系统参数辨识  42-45
  3.4 本章小结  45-46
4 直流电机双闭环调速系统的建模与辨识  46-54
  4.1 直流电机双闭环调速系统简介  46-47
    4.1.1 直流电机双闭环调速系统内部结构  46-47
    4.1.2 直流电机双闭环调速系统的动态数学模型  47
  4.2 直流电机双闭环调速系统的“类等效”简化  47-50
    4.2.1 被控系统“类等效”简介  47-48
    4.2.2 “类等效”模型的建立  48-50
  4.3 实际系统模型参数辨识  50-52
    4.3.1 恒转速的响应测试  50-51
    4.3.2 系统参数的精确辨识  51-52
  4.4 本章小结  52-54
5 基础振动下机械臂机电系统仿真  54-80
  5.1 虚拟仿真技术概述及ADAMS简介  54
    5.1.1 虚拟仿真技术概述  54
    5.1.2 ADAMS简介  54
  5.2 机械臂机电系统仿真  54-58
    5.2.1 系统基本模型  54-56
    5.2.2 机电系统联合仿真分析  56-58
  5.3 基础振动下机械臂机电系统仿真  58-79
    5.3.1 Matlab/Simulink下的随机路面建模  58-62
    5.3.2 ADAMS下随机路面时域激励加载  62-63
    5.3.3 机械臂系统有无基础振动下仿真比较  63-66
    5.3.4 基础随机振动下机械臂控制系统设计  66-70
    5.3.5 电流饱和非线性对控制系统的影响  70-73
    5.3.6 摩擦非线性对控制系统的影响  73-75
    5.3.7 弹性因素对伺服系统的影响  75-79
  5.4 本章小结  79-80
6 全文总结和展望  80-82
  6.1 全文总结  80
  6.2 展望  80-82
致谢  82-83
参考文献  83-86

存在基础振动的单自由度机械臂研究

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