液压冗余驱动并联机构的上平台振动抑制方法研究

发布时间：2017-05-13 12:20

  本文关键词：液压冗余驱动并联机构的上平台振动抑制方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：并联机构以其承载能力强、刚度大、精度高等优点在学术上和工程上得到广泛研究和应用。冗余驱动并联机构相比于非冗余驱动并联机构有着更大的负载能力。冗余驱动并联机构常常通过减少上平台厚度来减少自身重量和提高负载能力,上平台的固有频率会随着厚度的减少而降低,在高频振动作用下,其上平台甚至整个机构都有可能会发生振动变形。在冗余驱动并联机构的各驱动支腿中存在一定的内力,本文主要通过研究控制各驱动支腿中的内力对上平台的变形或柔性造成的平台本身的振动进行一定的抑制作用。本文首先冗余驱动并联机构的运动学反解、运动学正解、雅克比矩阵进行理论分析求解,通过仿真分析验证了运动学正反解的正确性。之后对冗余驱动并联机构各支腿中的内力分析求解,根据机构驱动系统的压力信息及伪逆方法求解的内力矩阵,解算得到冗余驱动并联机构各驱动支腿中存在的内力,对该内力进行协调控制,并通过仿真分析验证内力协调控制的效果。根据添加冗余驱动支腿将实验室现有的非冗余并联机构样机改造成冗余驱动并联机构样机,通过实验验证冗余驱动并联机构在横向振动和升沉方向上振动时各驱动支腿的内力情况及内力协调控制的效果。接着将冗余驱动并联机构分解为柔性的上平台和刚性的驱动系统,利用有限元软件ANSYS对运动平台进行模态分析,通过集中质量法和模态空间变换法两种不同方法对运动平台进行模态降阶处理,通过分析比较两种模态降阶方法求解得到运动平台的状态方程的优劣,选择模态空间变换法得到运动平台在模态空间的状态方程。之后需要对振动主动控制的分析,本文选择线性二次型最优控制为对运动平台的振动主动控制,通过对线性二次型最优控制的分析以及权值矩阵选择分析,求解最优反馈矩阵,结合液压驱动系统和运动平台模态空间的状态方程构建,实现最优反馈控制对运动平台的模态空间中的状态方程的控制,并通过仿真验证最优控制反馈对运动平台的振动控制效果。之后建立整个冗余驱动并联机构运动与振动同时控制的控制方法和具体的结构控制框图,在建立冗余驱动并联机构运动与振动控制系统之前首先需要研究了运动控制策略及控制器设计、振动控制中运动平台传感器观测点(铰点)柔性变量的分析求解、振动控制器的分析设计以及振动闭环控制回路分析设计,其次建立被控制对象-三维的刚柔结合的ADAMS虚拟样机模型替代实际冗余驱动并联机构。之后根据上述结果最终建立起液压冗余驱动并联机构运动与振动控制的MATLAB和ADAMS虚拟样机模型,通过应用其虚拟样机得到的振动控制前后柔性变量的变化规律来验证振动主动控制方法的效果。
【关键词】：冗余驱动并联机构 内力协调 模态降阶 振动抑制 线性二次型最优控制
【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】：TH112
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪 论10-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.1.1 课题的来源10
• 1.1.2 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 冗余驱动柔性并联机构运动与振动抑制的研究现状分析11-15
• 1.2.1 冗余驱动柔性并联机构研究现状分析11-13
• 1.2.2 振动主动控制研究现状13-15
• 1.2.3 冗余驱动并联机构运动与振动控制研究简述15
• 1.3 本文研究内容15-18
• 第2章 冗余驱动并联机构的运动学分析与内力协调控制研究18-33
• 2.1 引言18
• 2.2 冗余驱动并联机构运动学分析18-27
• 2.2.1 冗余驱动并联机构的结构描述18-19
• 2.2.2 冗余六自由度并联机构坐标系的建立与位姿描述19-21
• 2.2.3 冗余六自由度并联机构的运动学反解21-22
• 2.2.4 冗余六自由度并联机构的运动学正解分析22-26
• 2.2.5 冗余六自由度并联机构的速度雅克比矩阵求解26-27
• 2.3 冗余驱动并联机构的内力协调与控制分析27-32
• 2.3.1 冗余驱动的内力协调分析28-29
• 2.3.2 冗余驱动并联机构的内力协调控制29-32
• 2.4 本章总结32-33
• 第3章 柔性平台动力学状态方程建模33-51
• 3.1 引言33
• 3.2 柔性平台模态分析33-49
• 3.2.1 上平台应用有限元软件求解固有频率和振型34-37
• 3.2.2 冗余驱动并联机构上平台的状态方程的求解分析37-40
• 3.2.3 运动平台的模态降阶分析40-49
• 3.3 柔性动平台的状态空间模型的验证49-50
• 3.4 本章总结50-51
• 第4章 上平台振动主动控制策略研究51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 上平台基于线性二次型最优控制分析51-55
• 4.2.1 最优反馈矩阵求解分析51-52
• 4.2.2 上平台状态方程振动控制权值矩阵求解52-55
• 4.3 以液压伺服系统为驱动的上平台振动主动控制研究55-62
• 4.3.1 柔性上平台在液压驱动系统作用下状态方程分析55-59
• 4.3.2 柔性上平台状态方程在液压驱动作用下振动主动控制研究59-62
• 4.4 本章总结62-63
• 第5章.机构运动与振动控制结构建立及内力协调实验63-80
• 5.1 引言63
• 5.2 冗余驱动并联机构的运动控制仿真分析63-65
• 5.3 冗余驱动并联机构上平台振动控制结构分析65-73
• 5.3.1 冗余驱动并联机构刚柔结合ADAMS虚拟样机建模分析65-66
• 5.3.2 冗余驱动并联机构柔性位移和速度求解66-68
• 5.3.3 冗余驱动并联机构运动与柔性上平台振动控制仿真分析68-73
• 5.4 内力协调实验验证73-79
• 5.5 本章总结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-87
• 致谢87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 何广平,陆震;柔性冗余度机器人振动分析与抑制[J];北京航空航天大学学报;1997年03期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 韩方元;并联机器人运动学正解新算法及工作空间本体研究[D];吉林大学;2011年

2 李洋;柔性航天器在轨振动主动控制研究[D];西安电子科技大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 唐海涛;冗余驱动5-UPS/PRPU并联机床力/位混合控制与实验研究[D];燕山大学;2011年

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本文编号：362549