平面并联定位平台运动学分析及控制系统设计

发布时间：2017-08-30 23:02

  本文关键词：平面并联定位平台运动学分析及控制系统设计

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【摘要】：随着科学技术的飞速发展,生物工程、微电子技术、航空航天等学科已经进入了“亚微米—纳米”时代,各应用领域对系统操作精度的要求也越来越高。宏微双重定位平台系统不仅具有宏动定位平台运动范围大、运动速度快的优点,同时也具备了微动定位平台定位精度高、响应速度快的优点,具有广泛的应用前景。本文基于国家自然科学基金“基于能量特性的柔性并联精密定位平台抑振控制研究”和江苏省科技支撑计划项目“显微操作并联精密定位平台系统研制”,对宏微双重精密定位平台系统中的宏动定位平台—平面并联定位平台,进行运动学分析和控制系统设计,为后续宏微双重定位平台系统的研制提供技术支撑。主要开展了以下研究:首先,分析了平面并联定位平台的的结构特点及自由度,建立了并联定位平台的运动学反解模型,讨论了并联定位平台的奇异性问题,给出了判断奇异性的一般方法并列举了某些奇异位形,分析了并联定位平台的最大工作空间和定方位工作空间并确定了一个并联定位平台的可执行工作空间。其次,建立了平面并联定位平台的Pro/E模型,通过Pro/E软件和MATLAB软件的关联导出了并联定位平台的Sim Mechanics模型,在Sim Mechanics模型中添加了驱动、检测等模块,用典型的直线和圆弧轨迹进行仿真,验证了平面并联定位平台模型的准确性,并实现了并联定位平台可视化动画仿真。再次,设计了平面并联定位平台的控制系统。硬件系统采用“上位机+运动控制卡+驱动器+伺服电机+平面并联定位平台+检测系统”的结构形式,软件系统采用LABVIEW和MATLAB的联合控制,主要采用“轨迹离散+插补运动+实时反馈”的控制思想。分析了MPC08运动控制卡的控制功能和优点,进行了伺服电机的驱动性能分析和参数设置,并对伺服电机的PID参数进行了整定,设计了拉线尺传感器检测系统的安装与测量方法,并对该检测系统进行了标定,进行了LABVIEW控制程序各个功能模块的程序设计。最后,利用所设计的平面并联定位平台控制系统进行了标定实验和轨迹跟踪控制实验。通过三个拉线尺传感器和三个绝对编码器的标定实验,验证了平面并联定位平台理论模型的可靠性,进行了并联定位平台直线轨迹跟踪运动和圆弧轨迹跟踪运动实验,通过实验数据验证了设计的平面并联定位平台控制系统的可实现性和高精度性。
【关键词】：平面并联定位平台 运动学分析 SimMechanics模型 控制系统设计
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112;TP273
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-24
• 1.1 课题背景与研究意义18-19
• 1.2 国内外研究现状19-22
• 1.3 目前存在的问题22
• 1.4 主要研究内容22-24
• 2 平面并联定位平台的运动学分析24-37
• 2.1 引言24
• 2.2 平面并联定位平台的运动学反解分析24-29
• 2.3 平面并联定位平台的奇异性分析29-31
• 2.4 平面并联定位平台工作空间分析31-34
• 2.5 平面并联定位平台运动学标定34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 3 平面并联定位平台系统建模和运动学仿真37-46
• 3.1 引言37
• 3.2 平面并联定位平台Pro/E模型建立37-40
• 3.3 平面并联定位平台simmechanics模型的建立40-42
• 3.4 平面并联定位平台仿真实验42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 平面并联定位平台控制系统的软硬件设计46-62
• 4.1 引言46
• 4.2 平面并联定位平台控制系统的硬件设计46-53
• 4.3 平面并联定位平台控制系统的软件设计53-61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 平面并联定位平台实验62-76
• 5.1 引言62
• 5.2 伺服电机PID整定实验62-67
• 5.3 拉线尺传感器检测系统的标定实验67-69
• 5.4 平面并联定位平台标定实验69-71
• 5.5 平面并联定位平台轨迹跟踪运动实验71-75
• 5.6 本章小结75-76
• 6 总结与展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-83
• 作者简历83-85
• 学位论文数据集85

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本文编号：761980