混合驱动机械系统在考虑速度波动情况下的运动重新规划

发布时间：2020-03-23 09:08

【摘要】：二自由度混合驱动机器同时以一台常规电机(主电机)和一台伺服电机作为驱动器,两个输入运动通过一个二自由度机构合成后,可以实现其输出为可调的运动规律或成组的运动规律。其中,主电机提供系统主要的动力;而伺服电机承担较小动力,主要起运动调节的作用。它兼容了传统机械系统和全伺服驱动机械系统的优点,比较理想地解决了柔性化和保持机构高速、高效和高承载能力这二者之间的矛盾。 关于混合驱动机器的现有研究都采用恒速直流电机作为主电机,本文选用普通交流电机作为主电机,可以降低成本。但是,由于交流电机不可控,系统在施加载荷后,会产生速度波动,这样不仅实际运动输出会偏离期望的输出,而且由运动学优化确定的二自由度连杆机构的主、副曲柄的运动协调关系也随之被破坏。这使得考虑动力学特性的混合驱动机器的控制问题变得异常复杂。作为研究这一问题的第一步,本文先集中探讨如何保持由运动学规划得到的主、副曲柄理想相位协调关系这一问题。 第一步,以假想的一对非圆齿轮联接主、副曲柄,将混合驱动机器简化为单自由度的机器进行动力学仿真,研究保持相位协调的可行性;第二步,应用预报-校正控制方法,建立了混合驱动机器机电系统动力学模型,对控制参数的整定、系统动力学仿真等问题展开了研究。 主要的研究工作包括:(1)采用单自由度简化机构模拟二自由度混合驱动机器在保持相位协调关系条件下的动力学特性,进行动力学仿真,研究保持相位协调关系的可行性;(2)借鉴预报-校正的控制思想,建立了混合驱动机器的预测模型和反馈校正方法,并将之应用于混合驱动机器的动力学仿真;(3)运用拉格朗日方程推导了主电机为交流电机的混合驱动机器的动力学方程,并联合采用PID控制的伺服电机的动力学模型,建立了混合驱动机器应用预报-校正控制方式的机电系统动力学模型;(4)采用降阶处理的方法将混合驱动机器的动力学模型转化为一个一阶微分方程组,并运用四阶龙格-库塔法进行数值求解,对混合驱动机器进行了动力学仿真;(5)对伺服电机的PID控制参数整定进行了研究。 最后,对于混合驱动机器的理论研究,提出了一些建议,并做了展望。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH112

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本文编号：2596510