四自由度并联机构平台的平稳控制研究

发布时间：2017-04-15 01:12

  本文关键词：四自由度并联机构平台的平稳控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代工业的发展,人们对运动载体的平稳性能有着越来越高的要求,在运输运载过程中,载体上的人员、仪器设备、贵重货品等都需要一个水平稳定的运载平台,工程界对平台的平稳控制技术有着迫切的需求。本文针对四自由度并联机构平台进行平台位姿平稳控制的研究,在充分分析并联机构结构特点和运动规律的基础上,提出应用模糊控制方法对平台多输入多输出强耦合过程进行控制,并在实验平台上实现了平台的平稳控制,取得良好的控制效果。 论文首先介绍了四自由度并联机构平台的主体结构,对其进行自由度分析和位置正反解求解计算,给出了平台位姿参数的测量计算方法。并从平稳控制的特点出发分析了平台控制系统所要具备的硬件条件,对四自由度并联机构平台控制系统的硬件构成进行详细介绍。在此基础上进行控制策略的探究,分析了传统的控制方法并指出它们的不足之处,提出了应用不依赖被控对象精确模型的模糊控制方法进行平台平稳控制系统的设计。 然后,对平台作为多变量耦合系统被控对象的耦合特性进行分析,得出了适当近似处理下控制量增量与位姿参数变化之间的关系矩阵,从具体的数值关系中获得被控系统的耦合信息。并以此为依据,适度地对控制系统进行设计分解。在模糊控制系统的设计中,结合补偿解耦的思想,引入模糊补偿器,进行控制系统解耦环节的设计,有效提高了模糊控制系统应对平台耦合特性的能力。 最后,根据平台平稳控制的需要和模糊控制系统的设计思路,在主机上利用Visual C++开发设计了控制软件并实现控制算法,在四自由度并联机构平台上进行无扰动调平实验和随机干扰平稳控制实验,实验结果表明：第一,本文所设计的平稳控制系统是有效和稳定的,能有效应对多输入多输出强耦合被控过程。在无扰动调平实验中,大量实验得到的数据相当接近,没有出现不稳定现象,在随机干扰平稳控制实验中,面对不同类型的持续干扰作用,控制系统均能有效应对,保持平台位姿一定程度的水平稳定；第二,控制系统具有良好的控制效果,在无扰动调平方面,能够对平台位姿进行快速调平,50次无扰动调平实验的平均调平时间为0.61s,横向倾斜平均调平精度为0.17°,纵向倾斜平均调平精度为0.18°,上下偏移平均调平精度为0.68mm,综合偏离平均调平精度为0.075(位姿均方差值),在随机干扰平稳控制方面,能及时应对外界的随机干扰,在干扰源的最大干扰幅值下,面对0.2Hz或更低频率的干扰作用,干扰隔离度可达20dB以上,平稳控制系统对低频大幅值干扰表现出较强的控制性能。
【关键词】：模糊控制 并联机构 平稳控制 多输入多输出 耦合系统
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP273;TH703
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• CONTENTS10-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 相关内容的国内外研究现状13-16
• 1.2.1 并联机构的研究现状13-15
• 1.2.2 并联机构控制策略的研究现状15
• 1.2.3 多变量耦合系统模糊控制的研究现状15-16
• 1.3 研究的内容和论文工作安排16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第二章 四自由度并联机构平台的结构分析18-25
• 2.1 平台主体机构及其自由度18-20
• 2.1.1 平台的主体结构分析18-19
• 2.1.2 平台的运动自由度分析19-20
• 2.2 平台的运动学分析20-22
• 2.2.1 位置反解20-21
• 2.2.2 位置正解21-22
• 2.3 平台位姿的检测22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 控制系统硬件构成及控制策略探究25-36
• 3.1 平台的系统构成25-26
• 3.2 平台的硬件构成26-31
• 3.2.1 伺服电动缸26-28
• 3.2.2 运动控制卡28-30
• 3.2.3 位姿检测设备30-31
• 3.3 平台控制策略的探究31-35
• 3.3.1 平台传统控制策略的分析31-34
• 3.3.2 平台模糊控制策略的提出34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 四自由度并联机构平台的模糊控制方法研究36-53
• 4.1 四自由度并联机构平台的特性分析36-41
• 4.1.1 平台运动输入输出的耦合关系36-40
• 4.1.2 平稳控制系统设计分解40-41
• 4.2 模糊控制系统总体设计思路41-43
• 4.3 模糊控制器的设计43-49
• 4.3.1 输入输出变量的确定及模糊描述44-47
• 4.3.2 模糊规则的建立47-49
• 4.3.3 控制输出的清晰化49
• 4.4 模糊补偿器的设计49-52
• 4.4.1 输入输出变量的确定及模糊描述49-51
• 4.4.2 模糊规则的建立51
• 4.4.3 补偿输出的清晰化51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 平台平稳控制系统的开发与实验53-64
• 5.1 平台平稳控制评价指标53-54
• 5.2 控制系统的软件开发54-55
• 5.3 平台平稳控制实验55-62
• 5.3.1 无扰动调平实验55-58
• 5.3.2 随机干扰平稳控制实验58-62
• 5.4 实验结果分析62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间发表的论文70-72
• 致谢72

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