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基于机电耦合动力学模型高速并联机械手控制器设计

作　者: 巫江
导　师: 杨志永
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 高速并联机械手机电耦合模型计算扭矩控制神经网络虚拟样机联合仿真平台
分类号: TP241
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文密切结合国家自然科学基金项目,以具有我国自主知识产权的高速并联机械手为对象,研究了一种基于机电耦合系统动力学模型的控制器设计方法,并据此搭建了基于ADAMS虚拟物理样机和Matlab/Simulink虚拟驱动器的联合仿真试验验证平台。取得如下成果:(1)根据转矩匹配原则,建立了一种可用于实时控制的机电耦合系统动力学模型。其中,采用虚功原理来推导机构子系统的动力学模型,而对伺服子系统的动力学模型则采用矢量控制原理来进行。在此基础上,以工作空间动平台轨迹的2-范数为目标函数,对PID控制器的定常参数进行了优化,得到初始的参数范围。(2)考虑模型中电流与力矩的关系及驱动系统中参数对系统性能的影响,设计了一类基于该模型的计算扭矩控制器,从而提高了系统的快速响应能力。此外,考虑到并联机械手动力学模型的非线性和建模误差及外界扰动等不确定性因素,采用神经网络智能算法,对控制器中的比例、积分、微分增益环节进行实时调节,极大地提高了系统的鲁棒性。(3)建立了基于虚拟样机技术的联合仿真平台,验证了上述机电耦合系统动力学的建模方法,以及所设计控制器的正确性和有效性。上述研究成果不仅对高速并联机械手的数控开发具有一定的指导作用,而且还对其整机开发及其工业化应用奠定了坚实的基础。

全文目录

中文摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章绪论  6-12
  1.1 课题研究意义  6-8
  1.2 国内外研究状况  8-11
    1.2.1 机构刚体动力学分析  8
    1.2.2 伺服电机动力学分析  8-9
    1.2.3 耦合动力学分析  9
    1.2.4 并联机械手控制理论  9-10
    1.2.5 并联机构数字化设计方法  10-11
  1.3 本文的主要研究内容  11-12
第二章高速并联机械手机电耦合动力学分析  12-21
  2.1 引言  12
  2.2 机械手描述  12-13
  2.3 机构动力学分析  13-15
  2.4 电机动力学分析  15-17
    2.4.1 电机分析  15
    2.4.2 电机动力学建模  15-17
  2.5 机电耦合模型  17
  2.6 PID 初始参数的选择  17-20
  2.7 小结  20-21
第三章基于机电耦合模型的控制器设计  21-32
  3.1 引言  21
  3.2 计算扭矩控制器  21-22
  3.3 神经网络优化计算扭矩控制器  22-24
  3.4 仿真和结果  24-31
    3.4.1 计算扭矩控制  25-28
    3.4.2 神经网络优化控制  28-31
  3.5 小结  31-32
第四章虚拟样机仿真平台设计  32-43
  4.1 引言  32
  4.2 虚拟机构设计  32-33
  4.3 虚拟电机及驱动系统  33-34
  4.4 整体虚拟样机  34
  4.5 计算扭矩控制器设计  34-36
  4.6 仿真结果  36-42
    4.6.1 虚拟仿真平台PID 控制  36-39
    4.6.2 虚拟仿真平台计算扭矩控制  39-42
  4.7 小结  42-43
第五章全文结论  43-44
  5.1 结论  43
  5.2 工作展望  43-44
参考文献  44-47
发表论文和科研情况说明  47-48
致谢  48

基于机电耦合动力学模型高速并联机械手控制器设计

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