球面5R并联机构运动控制研究

发布时间：2017-10-23 09:06

  本文关键词：球面5R并联机构运动控制研究

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【摘要】：球面5R并联机构是球面2-DOF并联机构中结构最简单的一种，可完成球面上点的定位，具有良好的应用发展前景。本课题组在对球面5R并联机构运动学、动力学等方面进行了深入系统的研究的基础上，设计加工了机构样机，并搭建了“PC机+PMAC卡”运动控制系统，但仅仅实现了机构的初步控制。因此，本文以球面5R并联机构样机为研究对象，针对其控制策略、控制方法及其实现问题等进行了一定深度的研究。 本文依据前人研究成果，求解可应用于运动控制编程的样机正反解及雅可比矩阵计算式；在样机的工作空间内，，对球面上两点间的任意圆弧运动路径进行规划，并研究组合型轨迹规划曲线在路径规划中的应用方法。 分析球面5R并联机构运动控制系统硬件结构，并对其功能层次进行划分；依据硬件条件，采用合适可行的控制策略实现机构运动控制；建立机构运动控制系统的数学模型，并应用Simulink搭建仿真模型，对采用的控制策略进行仿真研究，探究控制策略的优劣；建立MATLAB+ADAMS联合仿真模型，直观的反映机构的运动状态。 分析球面5R并联机构运动控制系统软件结构，并对其功能层次进行划分；采用合适的编程语言开发功能完备的上位机控制软件，并分析各层次软件功能的实现问题。 在上述分析研究的基础上，将控制策略应用于球面5R并联机构运动控制，并对比分析实验结果和仿真结果，证明控制策略的正确性和有效性。
【关键词】：球面并联机构 运动学 路径规划 变结构控制 控制仿真
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 球面并联机器人概述10-13
• 1.2.1 并联机器人起源10-11
• 1.2.2 球面并联机器人研究现状11-13
• 1.3 并联机器人控制技术概述13-15
• 1.4 主要研究内容15-16
• 第2章 球面 5R 并联机构运动学分析及运动规划16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 球面 5R 并联机构简介16-18
• 2.3 球面 5R 并联机构运动学分析18-20
• 2.3.1 位置反解18
• 2.3.2 位置正解18-19
• 2.3.3 雅可比矩阵19-20
• 2.4 球面 5R 并联机构运动规划20-28
• 2.4.1 球面 5R 并联机构轨迹规划方法20-23
• 2.4.2 球面 5R 并联机构路径规划23-27
• 2.4.3 实际运动规划中存在的问题27-28
• 2.5 算例28-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 球面 5R 并联机构运动控制系统32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 交流伺服运动控制系统结构32-33
• 3.3 球面 5R 并联机构控制系统硬件结构33-36
• 3.3.1 Turbo PMAC Clipper 及 ACC-8P 简介34-35
• 3.3.2 交流伺服电机及其驱动器简介35-36
• 3.4 球面5R并联机构控制策略36-37
• 3.5 滑模变结构控制简介37-40
• 3.5.1 滑模变结构控制原理37-39
• 3.5.2 滑模变结构系统的设计39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 球面 5R 并联机构伺服系统建模及仿真41-61
• 4.1 引言41
• 4.2 交流伺服电机的数学模型41-42
• 4.3 电流环数学模型及仿真42-44
• 4.4 速度环数学模型及仿真44-48
• 4.5 位置环数学模型48-51
• 4.6 位置环仿真51-55
• 4.6.1 PID 控制器51
• 4.6.2 PID+速度/加速度前馈+NOTCH 滤波控制器51-53
• 4.6.3 SMC 控制器53-55
• 4.7 仿真结果对比分析55-58
• 4.8 MATLAB 和 ADAMS 联合仿真58-60
• 4.8.1 联合仿真模型及仿真流程58-59
• 4.8.2 联合仿真建模方法59-60
• 4.9 本章小结60-61
• 第5章 球面 5R 并联机构控制系统软件开发61-75
• 5.1 引言61
• 5.2 球面 5R 并联机构控制系统软件结构61-62
• 5.3 终端用户层控制软件开发62-68
• 5.3.1 设计原则62
• 5.3.2 终端用户层控制软件功能模块62-68
• 5.3.3 控制软件安全设置68
• 5.4 通信层功能实现68-70
• 5.4.1 PComm32PRO 动态链接库68-69
• 5.4.2 通信方法69-70
• 5.5 系统层功能实现70-72
• 5.5.1 PMAC 软件系统71
• 5.5.2 PMAC 轨迹生成71-72
• 5.5.3 PMAC 数据采集72
• 5.6 伺服控制层功能实现72-74
• 5.6.1 伺服驱动器控制算法73
• 5.6.2 PMAC 卡控制算法73-74
• 5.7 本章小结74-75
• 第6章 球面 5R 并联机构运动控制实验研究75-86
• 6.1 引言75
• 6.2 硬件连接及设置75-77
• 6.2.1 PC 机与 PMAC 卡连接75-76
• 6.2.2 PMAC 卡与 Acc-8P 连接76
• 6.2.3 Acc-8P 与伺服驱动器连接76-77
• 6.2.4 伺服驱动器与伺服电机连接77
• 6.3 位置控制实验研究77-79
• 6.3.1 位置控制系统设置78
• 6.3.2 控制器增益调整78-79
• 6.4 速度控制实验研究79-82
• 6.4.1 速度控制系统设置79-80
• 6.4.2 PID+速度/加速度前馈+NOTCH 滤波控制80-82
• 6.4.3 SMC 控制82
• 6.5 实验结果对比分析82-85
• 6.6 本章小结85-86
• 结论86-87
• 参考文献87-91
• 附录91-95
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果95-96
• 致谢96-97
• 作者简介97

【参考文献】

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本文编号：1082559