超声在机测厚接触状态控制方法研究

发布时间：2020-12-10 11:14

　　超声在机测厚是航空航天领域大型薄壁件厚度测量的可行方案。将超声传感器集成至数控加工装备,通过控制超声传感器测量运动,完成零件厚度在机测量,并将厚度数据在机反馈至加工过程,以满足零件加工剩余壁厚的控制要求。接触式超声脉冲测厚主要采用脉冲反射原理,接触状态直接影响探头-工件间的耦合状态,不可靠接触会导致回波信号多分量耦合,致使测量结果不可信。因此,要求传感器与被测面间保持可靠接触。在实际测量中,被测面形复杂且未知,导致超声在机扫描测厚过程中传感器与工件之间的接触力难以保持稳定。接触力过大,势必划伤工件甚至引起薄壁件变形;反之,耦合效果不佳,影响超声回波信号质量。因此,实施接触力有效控制,是保证超声在机测厚精度与稳定性的核心难题。针对在机超声厚度测量接触状态稳定性问题,研究摩擦力对装置受力的影响,建立在机扫描过程中法向接触力计算模型,对自由扫描状态下的接触力进行仿真,提出在超声在机扫描下的恒力控制策略。建立基于阻抗控制的力-位转换模型,将力反馈偏差转换为对位置的控制量,构建滑模变结构位置控制器,对位置进行精确控制。采用最小二乘法对阻抗控制参数进辨识,并利用Matlab中的Simulink模块... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 接触力控制策略概述
        1.2.1 力/位混合控制策略
        1.2.2 阻抗控制策略
        1.2.3 自适应控制策略
    1.3 滑模变结构控制
        1.3.1 滑模变结构控制的提出
        1.3.2 滑模变结构控制的发展
    1.4 课题来源及主要研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 主要研究内容
        1.4.3 研究任务
2 接触式超声扫描测厚原理
    2.1 超声测厚理论基础
        2.1.1 超声波的种类
        2.1.2 接触式在机测厚原理
        2.1.3 超声声场特性
    2.2 接触式在机超声测厚装置的工作原理与法向接触力计算
        2.2.1 接触式测厚装置自适应调整原理
        2.2.2 测厚装置法向接触力计算模型
    2.3 超声在机接触过程仿真
    2.4 本章小结
3 基于力反馈的接触状态控制器设计
    3.1 超声在机测厚接触控制策略
    3.2 基础阻抗控制的接触力位转换
        3.2.1 阻抗控制原理
        3.2.2 超声测厚装置阻抗控制模型
        3.2.3 基于最小二乘法的阻抗系统参数辨识原理
        3.2.4 阻抗模型的最小二乘参数辨识
    3.3 基于滑模变结构的超声接触测量位置控制
        3.3.1 滑模变结构控制原理
        3.3.2 滑动模态的到达条件
        3.3.3 滑动模态的稳定性分析
        3.3.4 滑模变结构位置控制
    3.4 本章小结
4 超声在机测厚实验研究
    4.1 在机测厚期望法向接触力的确定
        4.1.1 接触摩擦系数的确定
        4.1.2 期望法向接触力的确定
    4.2 阻抗系统参数辨识实验
    4.3 超声在机扫描测量接触仿真
    4.4 超声在机接触力控制实验
        4.4.1 实验准备
        4.4.2 超声在机扫描接触力控制实验
        4.4.3 超声在机接触力控制对厚度测量结果的影响
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]机器人柔性抓取试验平台的设计与抓持力跟踪阻抗控制[J]. 王学林,肖永飞,毕淑慧,范新建,饶洪辉.  农业工程学报. 2015(01)
[2]一种七自由度冗余机械臂阻抗控制研究[J]. 华磊,张福海,付宜利.  华中科技大学学报(自然科学版). 2013(S1)
[3]机器人灵巧手柔性关节自适应阻抗控制[J]. 樊绍巍,宗华,邱景辉,陈兆芃.  电机与控制学报. 2012(12)
[4]基于无源性的不确定机器人的力控制[J]. 温淑焕,袁俊英.  物理学报. 2010(03)
[5]基于力阻抗控制的手臂康复机器人实验研究[J]. 王岚,李趁前,刘艳秋,张今瑜.  中国机械工程. 2008(13)
[6]基于模糊逻辑的机械手智能力/位控制(英文)[J]. 王宪伦,崔玉霞,黄靖.  系统仿真学报. 2007(11)
[7]基于神经网络逆系统方法的机器人柔顺性控制[J]. 孟正大,戴先中.  东南大学学报(自然科学版). 2004(S1)
[8]智能控制器在机器人机械手位置控制中的应用[J]. 倪云峰,刘丁.  长安大学学报(自然科学版). 2004(03)
[9]神经网络广义逆系统控制[J]. 何丹,戴先中,王勤.  控制理论与应用. 2002(01)
[10]神经网络α阶逆系统控制方法在机器人解耦控制中的应用[J]. 戴先中,孟正大,沈建强,阮建山.  机器人. 2001(04)

博士论文
[1]柔性关节机械臂控制策略的研究[D]. 刘业超.哈尔滨工业大学 2009
[2]不确定环境下机器人柔顺控制及可视化仿真的研究[D]. 王宪伦.山东大学 2006
[3]变结构控制理论若干问题研究及其应用[D]. 庄开宇.浙江大学 2002

硕士论文
[1]接触式超声在机自动测厚系统设计[D]. 李如阳.大连理工大学 2015
[2]薄壁件装夹贴合状态在机超声检测技术[D]. 王振华.大连理工大学 2014
[3]空间机械臂力柔顺控制方法研究[D]. 董晓星.哈尔滨工业大学 2013
[4]在机检测系统中若干关键技术的研究[D]. 刘健.天津大学 2009
[5]基于阻抗控制的机器人柔顺性控制方法研究[D]. 杨振.东南大学 2005
[6]变结构控制系统抖振问题的研究[D]. 张晓宇.浙江大学 2003



本文编号：2908598