冗余直驱龙门系统的多输入多输出精密运动控制
发布时间：2021-10-21 11:15
在日益增加的高速、高加速、高精度运动需求下,冗余直驱龙门平台成为高档数控装备的关键功能部件,其冗余驱动及高刚性物理连接的结构特点具有获得更优运动性能的潜力。然而,高速、高加速运动下,强机械耦合效应及导轨副部件柔性变形容易造成过度的耦合约束内力,其成为影响系统平稳运行（可靠性保证的基本需求）和使用寿命的主要因素,并进一步限制运动控制性能的提升。受限于该冗余执行器间的协同问题,传统仅考虑轴间运动协调的轮廓运动控制方法,显然无法满足此类平台高性能轮廓跟踪的最终需求。据此,本文创新提出冗余协同与轴间运动协调并重的轮廓运动控制新理念,并以此为指导展开细化研究。现阶段,限制冗余直驱龙门平台控制发展的主要因素是缺乏有效的模型指导,从而导致对平台特性认知不全。为此,本论文首先探索此类具有高刚性物理连接和相对柔性导轨副部件的多轴机械平台刚柔耦合建模及辨识验证的系统方法:所提建模分析方法给出了平台完整运动及多自由度复杂耦合特性的准确描述,亦对耦合效应的产生根源和作用机制给出了详细的分析;所提频域辨识方法本质上解决了机械系统受非线性摩擦力影响而导致频率响应失真的普遍问题,从而通过该方法有效验证了建模的正确性...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状概述
1.2.1 冗余直驱龙门平台建模研究概述
1.2.2 非线性摩擦力影响下频域辨识研究概述
1.2.3 直驱传动系统精密控制概述
1.2.4 冗余驱动系统协同控制概述
1.2.5 多轴系统轮廓运动控制概述
1.3 研究意义与研究内容
1.3.1 课题的来源及研究意义
1.3.2 研究内容
1.4 本章小结
第2章 冗余直驱龙门平台的多自由度刚柔耦合建模及辨识验证
引言
2.1 冗余直驱龙门平台三自由度耦合动力学建模
2.1.1 完整运动学描述
2.1.2 三自由度耦合动力学模型
2.1.3 线性传递函数模型
2.2 非线性摩擦力影响下的频域辨识方法研究
2.2.1 非线性摩擦力对频域响应的影响机理
2.2.2 基于非线性摩擦力补偿的频域辨识方法
2.3 辨识实验对比研究
2.3.1 冗余直驱龙门实验系统介绍
2.3.2 频域辨识实验设计
2.3.3 X轴频域辨识对比及辨识结果
2.3.4 Y轴频域辨识对比及辨识结果
2.4 本章小结
第3章 静态负载情况下的冗余直驱类平台精密协同控制研究
引言
3.1 推力分配协同控制实验对比研究
3.1.1 问题阐述
3.1.2 控制器结构分析
3.1.3 推力分配协同控制器设计
3.1.4 控制参数及性能对比实验
3.2 基于质心位置准确估计的自适应鲁棒多变量协同控制
3.2.1 问题阐述
3.2.2 多变量控制目标及控制器框架
3.2.3 限速投影型自适应率设计
3.2.4 期望补偿的直接/间接集成自适应鲁棒控制器(DCDIARC)
3.2.5 在线精确参数估计
3.2.6 对比实验研究
3.3 本章小结
第4章 动态负载情况下的冗余直驱龙门平台精密协同控制研究
引言
4.1 基于在线参数准确估计的自适应鲁棒多变量协同控制
4.1.1 问题阐述
4.1.2 控制器整体框架
4.1.3 期望补偿的直接/间接集成自适应鲁棒控制器(DCDIARC)
4.1.4 在线精确参数估计
4.1.5 对比实验研究
4.2 考虑初始零位不匹配的自适应鲁棒多变量协同控制
4.2.1 问题阐述
4.2.2 期望补偿的直接/间接集成自适应鲁棒控制器(DCDIARC)
4.2.3 在线精确参数估计
4.2.4 对比实验研究
4.3 本章小结
第5章 综合考虑冗余协同及轴间运动协调的轮廓运动控制研究
引言
5.1 问题阐述
5.2 轮廓误差估计模型修正
5.3 基于刚性动力学的轮廓运动控制器
5.4 综合考虑冗余协同及轴间运动协调的轮廓运动控制器
5.5 对比实验研究
5.5.1 实验Ⅰ:圆轮廓
5.5.2 实验Ⅱ:椭圆轮廓
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 论文创新点
6.3 研究展望
参考文献
作者简历及在攻读博士学位期间的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国制造2025》及其对制造行业未来发展的深远影响[J]. 屈贤明. 工程机械文摘. 2016(01)
[2]基于模糊神经网络补偿控制器的H型平台同步控制[J]. 张佳媛,王丽梅. 电气工程学报. 2015(09)
[3]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[4]基于高精度轮廓误差估计的交叉耦合控制[J]. 赵欢,朱利民,丁汉. 机械工程学报. 2014(03)
[5]动梁式龙门机床双轴同步系统的模型建立及不同步误差分析[J]. 程瑶,梁滔,赵万华. 机械工程学报. 2013(13)
[6]数控机床双边驱动不同步对加工精度的影响[J]. 李初晔,王海涛,邓凌. 制造技术与机床. 2012(04)
[7]数控机床高性能传动部件控制技术的研究进展[J]. 范大鹏,范世珣,鲁亚飞,张连超. 中国机械工程. 2011(11)
[8]高档数控装备的发展趋势[J]. 王太勇,乔志峰,韩志国,董靖川,支劲章. 中国机械工程. 2011(10)
[9]双边驱动精密XY运动平台解耦控制研究[J]. 赵冶,朱煜,杨开明,潘尚峰. 组合机床与自动化加工技术. 2010(09)
[10]CNC多轴运动控制系统轮廓误差分析[J]. 孙建仁,胡赤兵,王保民. 兰州理工大学学报. 2010(04)
博士论文
[1]冗余直驱运动平台的刚柔耦合建模分析及精密协同控制研究[D]. 李聪.浙江大学 2017
[2]双轴运动平台精密轮廓跟踪控制策略研究[D]. 郑浩.沈阳工业大学 2015
[3]数控机床双轴同步控制技术研究[D]. 何王勇.华中科技大学 2011
[4]高速工况下H型桁架定位平台的建模与同步控制[D]. 权建洲.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]龙门移动式加工中心双直线电机同步控制的研究[D]. 刘丹.沈阳工业大学 2013
[2]直线伺服双位置环交叉耦合同步控制[D]. 唐雅萍.沈阳工业大学 2010
[3]双直线电机同步控制的研究[D]. 翁秀华.沈阳工业大学 2005
本文编号：3448869
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状概述
1.2.1 冗余直驱龙门平台建模研究概述
1.2.2 非线性摩擦力影响下频域辨识研究概述
1.2.3 直驱传动系统精密控制概述
1.2.4 冗余驱动系统协同控制概述
1.2.5 多轴系统轮廓运动控制概述
1.3 研究意义与研究内容
1.3.1 课题的来源及研究意义
1.3.2 研究内容
1.4 本章小结
第2章 冗余直驱龙门平台的多自由度刚柔耦合建模及辨识验证
引言
2.1 冗余直驱龙门平台三自由度耦合动力学建模
2.1.1 完整运动学描述
2.1.2 三自由度耦合动力学模型
2.1.3 线性传递函数模型
2.2 非线性摩擦力影响下的频域辨识方法研究
2.2.1 非线性摩擦力对频域响应的影响机理
2.2.2 基于非线性摩擦力补偿的频域辨识方法
2.3 辨识实验对比研究
2.3.1 冗余直驱龙门实验系统介绍
2.3.2 频域辨识实验设计
2.3.3 X轴频域辨识对比及辨识结果
2.3.4 Y轴频域辨识对比及辨识结果
2.4 本章小结
第3章 静态负载情况下的冗余直驱类平台精密协同控制研究
引言
3.1 推力分配协同控制实验对比研究
3.1.1 问题阐述
3.1.2 控制器结构分析
3.1.3 推力分配协同控制器设计
3.1.4 控制参数及性能对比实验
3.2 基于质心位置准确估计的自适应鲁棒多变量协同控制
3.2.1 问题阐述
3.2.2 多变量控制目标及控制器框架
3.2.3 限速投影型自适应率设计
3.2.4 期望补偿的直接/间接集成自适应鲁棒控制器(DCDIARC)
3.2.5 在线精确参数估计
3.2.6 对比实验研究
3.3 本章小结
第4章 动态负载情况下的冗余直驱龙门平台精密协同控制研究
引言
4.1 基于在线参数准确估计的自适应鲁棒多变量协同控制
4.1.1 问题阐述
4.1.2 控制器整体框架
4.1.3 期望补偿的直接/间接集成自适应鲁棒控制器(DCDIARC)
4.1.4 在线精确参数估计
4.1.5 对比实验研究
4.2 考虑初始零位不匹配的自适应鲁棒多变量协同控制
4.2.1 问题阐述
4.2.2 期望补偿的直接/间接集成自适应鲁棒控制器(DCDIARC)
4.2.3 在线精确参数估计
4.2.4 对比实验研究
4.3 本章小结
第5章 综合考虑冗余协同及轴间运动协调的轮廓运动控制研究
引言
5.1 问题阐述
5.2 轮廓误差估计模型修正
5.3 基于刚性动力学的轮廓运动控制器
5.4 综合考虑冗余协同及轴间运动协调的轮廓运动控制器
5.5 对比实验研究
5.5.1 实验Ⅰ:圆轮廓
5.5.2 实验Ⅱ:椭圆轮廓
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 论文创新点
6.3 研究展望
参考文献
作者简历及在攻读博士学位期间的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国制造2025》及其对制造行业未来发展的深远影响[J]. 屈贤明. 工程机械文摘. 2016(01)
[2]基于模糊神经网络补偿控制器的H型平台同步控制[J]. 张佳媛,王丽梅. 电气工程学报. 2015(09)
[3]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[4]基于高精度轮廓误差估计的交叉耦合控制[J]. 赵欢,朱利民,丁汉. 机械工程学报. 2014(03)
[5]动梁式龙门机床双轴同步系统的模型建立及不同步误差分析[J]. 程瑶,梁滔,赵万华. 机械工程学报. 2013(13)
[6]数控机床双边驱动不同步对加工精度的影响[J]. 李初晔,王海涛,邓凌. 制造技术与机床. 2012(04)
[7]数控机床高性能传动部件控制技术的研究进展[J]. 范大鹏,范世珣,鲁亚飞,张连超. 中国机械工程. 2011(11)
[8]高档数控装备的发展趋势[J]. 王太勇,乔志峰,韩志国,董靖川,支劲章. 中国机械工程. 2011(10)
[9]双边驱动精密XY运动平台解耦控制研究[J]. 赵冶,朱煜,杨开明,潘尚峰. 组合机床与自动化加工技术. 2010(09)
[10]CNC多轴运动控制系统轮廓误差分析[J]. 孙建仁,胡赤兵,王保民. 兰州理工大学学报. 2010(04)
博士论文
[1]冗余直驱运动平台的刚柔耦合建模分析及精密协同控制研究[D]. 李聪.浙江大学 2017
[2]双轴运动平台精密轮廓跟踪控制策略研究[D]. 郑浩.沈阳工业大学 2015
[3]数控机床双轴同步控制技术研究[D]. 何王勇.华中科技大学 2011
[4]高速工况下H型桁架定位平台的建模与同步控制[D]. 权建洲.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]龙门移动式加工中心双直线电机同步控制的研究[D]. 刘丹.沈阳工业大学 2013
[2]直线伺服双位置环交叉耦合同步控制[D]. 唐雅萍.沈阳工业大学 2010
[3]双直线电机同步控制的研究[D]. 翁秀华.沈阳工业大学 2005
本文编号：3448869
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