两自由度倾角实验台结构设计与控制研究

发布时间：2018-11-20 15:14

【摘要】：本文通过结合工程实际应用中的需求,研究变速箱在模拟路况下的温度平衡点以及油漏情况的摇摆试验台。在研究国内外发展历程和研究现状中发现,少自由度并联机构摇摆台发展历程随着摇摆台的精度、控制方式、刚度、稳定性和承载能力要求越来越高,针对并联机构的研究不断深入。在空间机构学中引入旋量的概念,解决了空间机构和并联机器人机构的分析和综合问题。1.在3-UPU摇摆台的基础上,上平台的中心增加了固定支撑。为实现倾角实验台上平台的两个旋转方向的自由度,在上平台和支座之间有一虎克铰链。这种结构使中心处的支撑承担了上平台的重量,电动缸的驱动力只和上平台重心相对于虎克铰的旋转中心产生的重力矩有关。在上平台旋转中心和固定平台中心分别建立动坐标系和固定坐标系,平台的上下铰接点分别在动坐标系和固定坐标系中以坐标的形式表示,通过建立数学模型的方法对实验台分别进行自由度计算、运动学分析。运动学分析包括位置正解和位置反解。摇摆台的运动分析正解即已知支链中推杆的伸缩长度求解上平台在空间坐标系中的摆角;反解就是已知上平台在空间坐标系中的摆角求解支链中各推杆的伸缩长度,得到摆角与电动缸行程的数学表达式。已知摇摆台摆角范围的情况下,通过Matlab计算出电动缸的行程范围,为下一步的选型和仿真提供参数依据。2.根据对系统的性能要求对两自由度倾角实验台结构设计,利用Pro/E对机构三维实体建模后,在要求的工作区间内,检查机构是否产生干涉及运动的合理性,并进行优化设计;在ADAMS中定义约束类型、连接方式、驱动函数类型后,在后处理模块中分析电动缸的位移变化、驱动力的变化和电动缸的速度变化规律。仿真得到的结果,电动缸的行程变化情况与运动分析的结果一致,在复合工况下的电动缸的位移行程最大;由于上平台上安装有变速箱和电机,变速箱、电机的质量与安装位置直接影响着电动缸的驱动力,电机和变速箱型号确定,质量就确定,只有通过改变它们在平台上的安装位置,尽可能的使其重心位置与平台中心靠近,并通过减小他们的安装高度,来达到减小它们产生的重力矩而减小驱动力的目的。最后驱动力的最大值也是在复合工况下产生的。3.在对控制方案的设计时,为提高结构的刚度和稳定性,本文中的两自由度摇台选择了冗余驱动的方式,控制难度增加。由于电动缸在摇摆台工作中的位移和速度变化不是一个线性对称的规律,横摇、纵摇与复合摇摆工况下三个驱动电动缸的位移和速度变化各不相同。控制方案选择了可编程逻辑程序控制器(Programmable Logic Controller,PLC),通过外部脉冲位置控制模式(PTI)和扭矩控制模式(T)分别对电动缸进行控制,在定义了电机的电子齿轮比之后,可以得到行程与脉冲的关系,将电动缸的伸缩行程对应的脉冲数写入程序,通过双轴倾角传感器的读数,检查上平台的的角度是否到位,若有误差,通过程序进行修正,直至达到正确位姿。本文研究了并联平台位姿与驱动推杆行程关系,通过运动学分析结合ADAMS仿真,对平台的运动进行了分析,验证了理论分析的正确性,并为控制策略提供依据。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.46

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本文编号：2345248