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同步带驱动的船用柔性定位系统的建模与控制

发布时间:2022-02-08 18:51
  以船用自动仓储为应用背景,构造了基于同步带驱动的柔性直线定位伺服系统。首先,基于集总参数法构建了系统的动力学模型。其次,设计了包含电流环、速度环、位置环在内的三闭环控制器,并对比分析了半闭环位置控制系统和全闭环位置控制系统的优劣,分析结果表明,在船舶横摇运动的干扰下,全闭环控制系统具有更高的定位精度。 

【文章来源】:机械与电子. 2019,37(08)

【文章页数】:5 页

【部分图文】:

同步带驱动的船用柔性定位系统的建模与控制


图1船用仓储布局示意移载车沿导轨方向的运动由如图2所示的同步带

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示。入库时,移载车首先与转运车对接,将货物从转运车取出,然后输送到指定位置,与货架完成对接后将货物输送到指定货位。出库时,移载车需将货物从指定货位取出并输送至转运机。图1船用仓储布局示意移载车沿导轨方向的运动由如图2所示的同步带直线定位系统实现。同步带的两端固定在库内基座上,带轮固定在移栽车上,张紧轮保证了带轮和带齿的啮合。电机驱动带轮,带动移栽车沿导轨方向移动。图2同步带直线定位系统移载车与货架之间的对接机构如图3所示。链轮A安装在货架上;链轮B及链条安装在移载车上,可沿链轮A方向伸出或者收回。移载车移至指定货架位置后,运动控制器发送指令控制链轮B及链条向链轮A方向伸出,直至链轮A和链条啮合。已知链轮A的齿厚约为20mm,图3船用仓储系统对接机构链条的内链节内宽约为24mm,那么同步带驱动定位系统的稳态误差只有保证在2mm以内才能实现链轮A与链条的正常啮合。2数学模型2.1同步带模型同步带定位系统是依靠啮合的带齿和轮齿来传递动力[4]。首先伺服电机驱动带轮,轮齿对带齿产生挤压,将圆周力传递给同步带内的钢丝芯,钢丝芯受拉力产生拉伸变形,拉伸变形产生的弹性拉力驱动移载车沿导轨方向运动。此外,当轮齿和带齿啮合时,带齿谷底面与轮齿顶部相接触部分产生摩擦力,该部分的摩擦力也能起到传递动力的作用。同步带的传动受力分析情况如图4所示,其中Ffn为摩擦力,Qn为轮齿与带齿之间的作用力,两者之和即为同步带受

同步带,直线驱动,受力分析,带齿


的稳态误差只有保证在2mm以内才能实现链轮A与链条的正常啮合。2数学模型2.1同步带模型同步带定位系统是依靠啮合的带齿和轮齿来传递动力[4]。首先伺服电机驱动带轮,轮齿对带齿产生挤压,将圆周力传递给同步带内的钢丝芯,钢丝芯受拉力产生拉伸变形,拉伸变形产生的弹性拉力驱动移载车沿导轨方向运动。此外,当轮齿和带齿啮合时,带齿谷底面与轮齿顶部相接触部分产生摩擦力,该部分的摩擦力也能起到传递动力的作用。同步带的传动受力分析情况如图4所示,其中Ffn为摩擦力,Qn为轮齿与带齿之间的作用力,两者之和即为同步带受到的圆周力Fn。图4同步带受力分析为了便于构建同步带直线驱动机构的数学模型,可作以下假设[5]:将同步带看作一无质量的且始终工作在弹性变形范围内的弹簧;忽略同步带的弯曲刚性;所有传动部件之间无间隙。在上述假设的基础上,应用集总参数法构建同步带直线定位系统的动力学模型为:Jeq=J+JG+G2JmGτm=Jeq¨θ+(T2-T1)r+Tfa·sign(?θ)+B·r2?θT2-T1=M¨x+Ff·sign(?x)+Bl·?x+Mgsinα+烅烄烆N(1)Jeq为折算后的等效转动惯量;G为电机减速器的减速比;JG,Jm,J分别为减速器、电机和带轮的转动惯量;M为移载车的质量;θ,?θ,¨θ分别为带轮的角位移、角速度、角加速度;r为带轮半径;Tfa为作用

【参考文献】:
期刊论文
[1]同步齿形带的研究使用现状与发展[J]. 杨玉萍,曹清林,沈世德.  南通工学院学报. 2000(01)

博士论文
[1]柔性驱动拱架机器人的建模与控制[D]. 吴金波.华中科技大学 2007



本文编号:3615571

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