电液伺服平面冗余驱动机构结构优化及控制研究

发布时间：2017-05-31 13:23

  本文关键词：电液伺服平面冗余驱动机构结构优化及控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：并联机构以刚度高、承载能力强、惯量小以及误差不累积等优点,在运动模拟、并联机床、微动机构以及机器人操作等领域得到了广泛应用。其性能的好坏直接影响着相关行业技术水平的进步,成为一个国家工业技术发展水平的重要标志。对并联机构及其控制策略进行研究具有重要意义。本文以液压驱动振动环境模拟试验系统的水平向作动器与运动平台构成的平面冗余驱动机构为研究对象。考虑到阀控缸液压伺服系统效率低的特点,对机构的结构参数进行优化,在推导机构自由度空间与关节空间运动传递关系和力变换关系的基础上,建立以液压驱动系统总功率最小为优化目标的优化设计数学模型,并确定约束条件。利用遗传算法进行优化设计计算,得到优化假设条件下液压驱动系统总功率最小的机构需要满足的条件,把优化结构与作动器正交布置的经典结构的主要性能参数进行对比分析,验证优化设计方法的有效性和可行性。用拉格朗日方法建立平面冗余驱动机构的多刚体动力学模型,以优化设计得到的优化结构为对象,进行正动力学计算,并与adams的动力学仿真结果进行对比,验证所建立的多刚体动力学模型的正确性。根据系统的动力学模型,把液压缸等效为液压弹簧,得到系统在自由度空间的振动方程,分析偏心负载带来的动力学耦合问题。对机构与偏心负载构成的系统进行理论模态分析,得到系统的模态矩阵和其它模态参数。并建立模态空间与物理空间的映射关系,为用模态空间控制解决物理空间耦合的问题奠定基础。针对偏心负载带来的动力学耦合,引起的自由度通道之间的耦合问题,对机构的控制策略进行研究,解决自由度通道之间的耦合问题。考虑到模态空间主振型关于质量阵和刚度阵的加权正交性,引入模态坐标变换,把耦合的物理空间动力学方程化为解耦的模态空间动力学方程,对引入模态空间三状态反馈控制的系统闭环传递函数矩阵进行分析,得到各阶模态通道动态特性的一致性是实现自由度通道解耦的一个充分条件的结论。在模态空间进行三状态反馈控制器的设计,分别独立调节各阶模态通道的动态特性,使其满足自由度通道的解耦条件。通过频域和时域仿真分析验证本文提出的自由度通道解耦条件的正确性。
【关键词】：平面并联机构 结构参数优化 模态空间控制 解耦控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题来源及研究背景和意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 并联机构的研究概况11-19
• 1.2.1 并联机构的发展11
• 1.2.2 并联机构的应用11-15
• 1.2.3 平面并联机构研究概况15-16
• 1.2.4 并联机构优化设计研究概况16
• 1.2.5 并联机构动力学研究概况16-17
• 1.2.6 并联机构控制策略研究概况17-18
• 1.2.7 并联机构解耦策略研究概况18
• 1.2.8 并联机构模态空间控制研究概况18-19
• 1.3 本文主要研究内容19-20
• 第2章 平面冗余驱动机构结构参数优化20-38
• 2.1 优化问题的提出20-21
• 2.2 平面冗余驱动机构的运动学模型21-25
• 2.2.1 平面冗余驱动机构位姿描述21-22
• 2.2.2 平面冗余驱动机构的运动学反解22-23
• 2.2.3 平面冗余驱动机构的运动学正解23-24
• 2.2.4 平面冗余驱动机构的速度雅克比矩阵24-25
• 2.3 优化问题的数学模型25-29
• 2.3.1 优化假设25
• 2.3.2 液压驱动系统总功率的数学建模25-29
• 2.4 基于遗传算法的参数优化及分析29-37
• 2.4.1 遗传算法简介29-30
• 2.4.2 单个结构参数对液压驱动系统总功率的影响30-33
• 2.4.3 约束条件33-34
• 2.4.4 基于遗传算法的优化设计34-35
• 2.4.5 优化设计结果分析35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 平面冗余驱动机构动力学建模及模态分析38-57
• 3.1 引言38
• 3.2 电液伺服平面冗余驱动机构动力学建模38-48
• 3.2.1 平面冗余驱动机构的动力学建模38-45
• 3.2.2 平面冗余驱动机构动力学模型的验证45-46
• 3.2.3 液压驱动系统建模46-48
• 3.2.4 电液伺服平面冗余驱动机构整体动力学模型48
• 3.3 平面冗余驱动机构的理论模态分析48-54
• 3.3.1 平面冗余驱动机构的振动方程48-49
• 3.3.2 偏心负载对机构振动特性的影响分析49-51
• 3.3.3 基于特征值分解的平面冗余驱动机构振型分析51-53
• 3.3.4 平面冗余驱动机构主振型的加权正交性53-54
• 3.4 平面冗余驱动机构物理空间与模态空间的映射关系54-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第4章 平面冗余驱动机构控制策略研究57-68
• 4.1 引言57
• 4.2 平面冗余驱动机构自由度空间控制57-60
• 4.2.1 自由度合成分解控制器57-58
• 4.2.2 三状态反馈控制58-60
• 4.3 平面冗余驱动机构模态空间控制60-64
• 4.3.1 平面冗余驱动机构模态空间控制基本原理61-62
• 4.3.2 模态空间三状态控制器设计62-64
• 4.4 自由度通道的解耦条件64-66
• 4.5 本章小结66-68
• 第5章 平面冗余驱动机构仿真分析68-78
• 5.1 引言68
• 5.2 自由度空间控制仿真分析68-71
• 5.2.1 自由度独立控制仿真68-70
• 5.2.2 自由度空间三状态反馈仿真及耦合分析70-71
• 5.3 模态空间与物理空间映射关系仿真分析71-72
• 5.4 模态空间解耦特性仿真分析72-74
• 5.5 自由度通道解耦条件的仿真分析74-77
• 5.5.1 自由度通道解耦条件的频域仿真74-76
• 5.5.2 自由度通道解耦条件的时域仿真76-77
• 5.6 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-85
• 致谢85

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 杜继宏;陆燕;冯元琨;李春文;;用逆系统方法求解耦控制的新方法[A];1995年中国控制会议论文集（上）[C];1995年

  本文关键词：电液伺服平面冗余驱动机构结构优化及控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：409621