六自由度运动平台的模糊控制策略研究

发布时间：2017-11-03 11:19

  本文关键词：六自由度运动平台的模糊控制策略研究

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【摘要】：随着航天光学遥感器的地面分辨率的需求正在不断提高,航天相机的光路尺寸也随之加大,但受到结构尺寸重量以及环境适应性的限制,需通过对次镜进行六自由度调整,以满足相机在轨时次镜与主镜之间的相对位置关系。近半个世纪以来,六自由度运动平台由于其相较于传统的串联运动平台,具有刚度大、承载能力强、累计误差小、精度高等特点,在航天航空、精密制造和飞行模拟等方面已经获得了广泛的应用,但仍存在一些难题,例如精确的动力学模型的建立、运动学的正解、工作空间、奇异特性尚待解决。本文针对六自由度运动平台结构稳定和精度高的特性将其应用在空间相机的次镜调整装置上,本文的具体工作如下:首先对六自由度运动平台的运动学反解和运动学正解进行分析。在建立了动坐标系和静坐标系之间的齐次坐标变换矩阵的前提下,计算出位置反解的解析解,并在运动学反解的基础上将几何迭代法应用于本平台的位置正解,分析其收敛性,将其与传统的牛顿数值迭代正解算法进行比较,有效提高计算速度,简化代码。其次,在控制策略上结合步进电机的仿真模型,研究其闭环控制策略;完成经典控制策略(PID、模糊PID控制算法)的设计,具体分析了六自由度运动平台的模糊PID步进电机闭环控制效果,通过仿真阐明了模糊PID控制与传统PID控制相比,利用模糊理论,对PID控制器的参数进行在线调整,取得良好的动态性能。最后研究六自由度运动平台的变结构控制算法,在建立平台模型的基础上,使用的滑模变结构控制六自由度运动平台;运用模糊控制思想,将模糊控制和滑模控制结合,提出模糊滑模控制器,有效抑制抖振现象,并改善控制精度;实现仿真和实际环境下的六自由度运动平台高速高精度控制。
【关键词】：六自由度运动平台 并联机器人 模糊控制 PID控制 变结构控制
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V443.5
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 相关领域的研究现状12-19
• 1.3 论文的主要研究内容和章节安排19-21
• 第2章 六自由度运动平台的运动学研究21-37
• 2.1 六自由度运动平台参数指标21-22
• 2.2 六自由度运动平台的运动学反解22-27
• 2.3 六自由度运动平台的运动学正解27-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 六自由度运动平台的步进电机闭环控制策略37-53
• 3.1 步进电机数学模型建立37-39
• 3.2 PID控制器的原理39-41
• 3.3 模糊控制基本原理41-42
• 3.4 模糊PID步进电机控制策略42-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 基于模糊滑模控制的控制策略53-67
• 4.1 滑模控制策略53-57
• 4.2 六自由度运动平台的模糊滑模控制器57-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第5章 实验平台及实验结果分析67-75
• 5.1 实验平台的实现和设备参数67-71
• 5.2 实验结果分析71-75
• 第6章 结论与展望75-77
• 6.1 全文总结75-76
• 6.2 课题展望76-77
• 参考文献77-81
• 在学期间学术成果情况81-82
• 指导教师及作者简介82-83
• 致谢83

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本文编号：1135968