基于四杆机构的协同优化方法研究

发布时间：2017-12-29 05:08

  本文关键词：基于四杆机构的协同优化方法研究　出处：《兰州理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 机电联合仿真 PID控制 拓扑优化 四杆机构

【摘要】：随着社会发展和工程应用要求的不断提高,现代机械产品越来越朝着机电一体化的方向发展,同时,对机械产品的运动精度、控制稳定性和零件结构的优化设计等方面也提出了更高的要求。一方面,由于机电一体化产品是一个机械系统和控制系统强耦合的综合系统,其所包含的机械系统和控制系统之间相互影响,两者之间模型参数是否能够有效匹配,直接影响到系统的整体性能表现。另一方面,系统动力学参数和控制系统参数的改变会对机构性能产生影响,当具体到机构中某个关键零件时,这种影响成为不可忽略的因素,进而影响到零件的受载情况和优化设计结果。传统的设计方法不能很好的兼顾机械系统和控制系统之间的耦合关系,不能全面考虑机械系统动力学模型、控制系统参数和零件结构拓扑之间的相互影响,很难满足实际的设计要求。因此,在机电产品的设计开发过程中,综合考虑机械系统动力学模型、控制系统参数与零件结构拓扑之间的关系十分必要,这对于机电一体化产品的设计开发和零件优化设计有着重要的意义。针对上述问题,本文以受控四杆机构为研究对象,基于机电联合仿真,给出了在一个优化环节中同时考虑机械系统动力学模型、控制系统参数和零件结构拓扑的协同优化流程。首先,在ADAMS软件中建立四杆机构的刚柔耦合动力学模型,分析了动力学模型参数改变对机构性能的影响,并在此基础上对动力学模型进行了优化,得到新的动力学模型。然后,在MATLAB/Simulink中建立四杆机构的控制系统模型,输入阶跃信号,利用工程常用的试凑法,以系统快速响应为目标对控制器参数进行优化,得到与机械系统相匹配的控制系统模型。最后,搭建ADAMS与MATLAB/Simulink的联合仿真平台,根据机械系统动力学模型是否优化和控制系统参数是否优化组合成四种不同情况,分别进行联合仿真分析,得到柔性连杆臂的应变能和时间载荷历程,并通过OPTISTRUCT对连杆臂进行拓扑优化。对比机构动力学性能、控制系统响应曲线、连杆臂拓扑优化结果以及应变能曲线,验证优化后的效果。本文通过对受控四杆机构的分析研究,实现了对机构动力学模型、控制系统参数和连杆臂结构拓扑的协同优化设计,达到了提高系统综合性能的优化目标,为机电一体化产品设计开发和对机构关键零件的优化设计提供了有益参考。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH122

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本文编号：1348905