Stewart并联机构特性及自适应控制研究

发布时间：2017-06-06 07:09

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【摘要】：自Stewart并联机构诞生以来,因其结构紧凑、负载大、刚度高等因素使其在运动模拟器上得到了广泛的应用。本文根据性能指标对6-UCU型Stewart并联机构进行结构设计,并对该结构的性能特点和控制策略进行了研究。首先,根据运动参数确定Stewart并联机构单自由度方向的运动轨迹。然后利用影响系数法对Stewart并联机构进行运动学反解,并进行单刚体动力学建模。根据位姿反解,设计满足运动性能的Stewart并联机构。对所设计的Stewart并联机构进行三维建模,并在Adams中进行运动学仿真。其次,鉴于Stewart并联机构相对于串联机构有工作空间小的特点,本文在考虑支链行程、支链干涉和虎克铰角度限制三个因素的基础上对所设计的Stewart并联机构的工作空间进行研究,并将三个因素对工作空间的影响进行分析。同时,在Adams中对Stewart并联机构进行振动模态分析,对各个支链和平台自由度之间的振动关系进行研究。再次,对称阀控制非对称缸驱动的Stewart并联机构进行控制系统数学建模。根据控制系统传递函数和运动学反解搭建Simulink模型,并将之结合Adams动力学进行联合仿真。针对仿真过程中系统在各个自由度上的阻尼比小且不同这一问题,本文采用动压反馈进行校正,并对各个自由度的响应特性进行分析。最后,鉴于普通PID控制参数为固定值,难以适应Stewart自身非线性、变参数等特点,本文提出模型参考自适应的方法对PID参数进行整定,使控制器具有一定的自适应性和抗干扰性。文章对该控制算法进行Simulink和Adams联合仿真,通过仿真得出所设计的控制器在响应速度和抗干扰能力等方面优于传统PID控制器。
【关键词】：Stewart并联机构 工作空间分析 联合仿真 自适应控制
【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4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义8
• 1.2 Stewart并联机构概述8-11
• 1.2.1 Stewart机构的由来及分类8-9
• 1.2.2 Stewart机构的驱动方式9-10
• 1.2.3 Stewart机构的特点及应用10-11
• 1.3 Stewart并联机构研究现状11-15
• 1.3.1 Stewart机构运动学研究现状11-12
• 1.3.2 Stewart机构的刚体动力学研究现状12-13
• 1.3.3 Stewart机构工作空间研究现状13-14
• 1.3.4 Stewart机构自适应控制研究现状14-15
• 1.4 课题主要研究内容15-17
• 第2章 Stewart机构运动学与动力学分析17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 运动参数分析17-18
• 2.3 运动学分析18-26
• 2.3.1 位姿反解19-22
• 2.3.2 速度和加速度反解22-26
• 2.4 静力学和单刚体动力学分析26-28
• 2.4.1 静力学分析26-27
• 2.4.2 单刚体动力学分析27-28
• 2.5 Adams运动学仿真28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 Stewart机构性能分析31-44
• 3.1 引言31
• 3.2 工作空间分析31-39
• 3.2.1 影响Stewart工作空间的因素31-35
• 3.2.2 Stewart并联机构的位置工作空间35-37
• 3.2.3 Stewart并联机构的姿态工作空间37-38
• 3.2.4 Stewart并联机构工作空间因素分析38-39
• 3.3 Stewart并联机构模态分析39-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 Stewart机构模型参考自适应控制研究44-68
• 4.1 引言44
• 4.2 对称阀控制非对称缸数学建模44-50
• 4.2.1 基本假设及参数设定44-46
• 4.2.2 对称阀控制非对称缸液压动力机构建模46-50
• 4.3 电液控制系统联合仿真50-58
• 4.3.1 Stewart并联机构单自由度频率响应特性50-54
• 4.3.2 Stewart并联机构对典型输入信号的响应54-56
• 4.3.3 Stewart并联机构输出力曲线56-58
• 4.4 模型参考自适应控制策略研究58-63
• 4.4.1 广义误差状态方程58-60
• 4.4.2 自适应控制率60-63
• 4.5 模型参考自适应仿真分析63-67
• 4.5.1 阶跃信号仿真64-65
• 4.5.2 正弦信号仿真65-66
• 4.5.3 抗干扰性能仿真66-67
• 4.6 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-74
• 攻读学位期间发表的学术论文74-76
• 致谢76

【参考文献】

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1 魏春雨;模拟器中车辆动力学与六自由度平台联合仿真技术研究[D];浙江大学;2013年

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本文编号：425651