风电叶片打磨机器人柔性末端磨削力抗扰控制研究
发布时间：2023-03-28 17:31
全球风力发电的广泛普及,意味着更多的新叶片供不应求,同时,相当一部分叶片也进入了维修期。叶片是风力发电装置的重要组成部分之一,其影响着风力发电的效率。风电叶片的制造与修护过程极为复杂,磨削作为制造和修护过程中一道重要的工序,目前普遍采用人工磨削,但这种传统方式具有难以保证磨削质量、效率低下、工作环境恶劣等缺点。因此,风电叶片的自动化制造和修护受到广泛关注。针对风电叶片曲率变化较大以及尺寸较大的特点,设计了仿照人体肌肉的末端柔性装置类SEA(串联弹性驱动器)以自适应叶片磨削力和曲率变化。采用频域分析法对比基于位置源控制和力源控制建立的类SEA末端打磨装置动力学模型。结果表明基于力源控制建立的动力学模型具有更好的稳定性和更大的力输出带宽,故根据牛顿欧拉方程,对类SEA末端打磨装置基于力源控制进行了动力学建模,动力学模型采用状态空间表达式。将传统自抗扰控制中扩张状态观测器中的fal函数采用反双曲正弦函数来代替,并进行仿真实验,实验结果表明反双曲正弦函数扩张状态观测器具有较好的微分峰值抑制能力,避免控制器具有较大的输入。依据所建立的动力学模型,采用自抗扰控制设计力控制器,并利用MATLAB/s...
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题来源、研究背景和意义
1.2 打磨机器人和串联弹性驱动器研究现状
1.2.1 打磨机器人研究现状
1.2.2 串联弹性驱动器研究现状
1.3 终端滑模控制和自抗扰控制研究现状
1.3.1 终端滑模控制研究现状
1.3.2 自抗扰控制研究现状
1.4 本文研究内容
第二章 叶片打磨分析及方案研究
2.1 引言
2.2 风电叶片的结构和工艺
2.2.1 风电叶片结构
2.2.2 风电叶片的制造和维护
2.3 打磨方案研究
2.3.1 砂轮打磨方法
2.3.2 打磨方式分析
2.3.3 打磨轨迹规划
2.3.4 打磨参数分析
2.4 打磨机器人控制策略
2.5 本章小结
第三章 类SEA末端打磨装置动力学建模
3.1 引言
3.2 类SEA末端打磨装置
3.2.1 类SEA末端打磨装置整体结构
3.2.2 类SEA末端打磨装置的组成
3.2.3 类SEA末端打磨装置的工作过程
3.3 类SEA末端打磨装置重要组成部件选取
3.3.1 直流力矩电机的选择
3.3.2 联轴器的选择
3.3.3 传动机构的选择
3.3.4 弹簧的设计
3.4 类SEA末端打磨装置位置源和力源模型对比分析
3.4.1 基于位置源控制的动力学模型建立和频域分析
3.4.2 基于力源控制的动力学模型建立和频域分析
3.4.3 两种控制方法动力学模型对比分析
3.5 基于力源控制法的类SEA末端打磨装置动力学模型
3.6 本章小结
第四章 自抗扰控制在类SEA末端中的应用
4.1 引言
4.2 自抗扰控制特点
4.2.1 经典PID控制的缺陷
4.2.2 自抗扰控制的优势
4.3 自抗扰控制的组成及算法
4.3.1 跟踪微分器算法
4.3.2 非线性控制律算法
4.3.3 反双曲正弦扩张状态观测器算法
4.4 自抗扰控制的参数整定及稳定性分析
4.4.1 跟踪微分器的参数整定
4.4.2 反双曲正弦扩张状态观测器的参数整定及稳定性分析
4.4.3 非线性控制律的参数整定
4.5 自抗扰控制器的设计及观测器性能分析
4.5.1 反双曲正弦扩张状态观测器自抗扰控制器设计
4.5.2 反双曲正弦扩张状态观测器性能分析
4.6 类SEA末端打磨装置自抗扰力控制仿真实验
4.6.1 理想环境下阶跃力信号跟踪仿真实验
4.6.2 理想环境下正弦力信号跟踪仿真实验
4.6.3 加入噪声时正弦力信号跟踪仿真实验
4.6.4 加入扰动时阶跃力信号仿真实验
4.6.5 系统参数改变时阶跃力信号跟踪实验
4.7 本章小结
第五章 终端滑模控制在类SEA末端中的应用
5.1 引言
5.2 线性滑模控制方法
5.2.1 线性滑模控制器的设计
5.2.2 线性滑模的收敛特性
5.3 终端滑模控制方法
5.3.1 终端滑模控制器的设计
5.3.2 终端滑模的收敛特性
5.4 非奇异终端滑模控制方法
5.4.1 非奇异终端滑模的控制器设计
5.4.2 非奇异终端滑模的收敛特性
5.5 多幂次非奇异终端滑模变结构控制
5.5.1 扩张状态观测器设计
5.5.2 跟踪微分器的设计
5.5.3 非线性快速终端滑模面的设计
5.5.4 多幂次趋近律的设计
5.6 多幂次趋近率分析
5.6.1 存在性及可达性证明
5.6.2 稳态抖振分析
5.6.3 趋近速率分析
5.6.4 控制律的设计
5.7 类SEA末端打磨装置非奇异终端滑模力控制仿真实验
5.7.1 不同滑模面力跟踪仿真实验
5.7.2 不同趋近率力跟踪仿真实验
5.7.3 不同趋近率正弦力跟踪仿真实验
5.7.4 无扰动补偿不同趋近率力跟踪仿真实验
5.8 自抗扰控制和终端滑模控制力控制仿真实验对比
5.8.1 类SEA末端打磨虚拟样机建模
5.8.2 类SEA末端打磨装置虚拟样机力控制仿真实验
5.9 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果
致谢
本文编号：3772964
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题来源、研究背景和意义
1.2 打磨机器人和串联弹性驱动器研究现状
1.2.1 打磨机器人研究现状
1.2.2 串联弹性驱动器研究现状
1.3 终端滑模控制和自抗扰控制研究现状
1.3.1 终端滑模控制研究现状
1.3.2 自抗扰控制研究现状
1.4 本文研究内容
第二章 叶片打磨分析及方案研究
2.1 引言
2.2 风电叶片的结构和工艺
2.2.1 风电叶片结构
2.2.2 风电叶片的制造和维护
2.3 打磨方案研究
2.3.1 砂轮打磨方法
2.3.2 打磨方式分析
2.3.3 打磨轨迹规划
2.3.4 打磨参数分析
2.4 打磨机器人控制策略
2.5 本章小结
第三章 类SEA末端打磨装置动力学建模
3.1 引言
3.2 类SEA末端打磨装置
3.2.1 类SEA末端打磨装置整体结构
3.2.2 类SEA末端打磨装置的组成
3.2.3 类SEA末端打磨装置的工作过程
3.3 类SEA末端打磨装置重要组成部件选取
3.3.1 直流力矩电机的选择
3.3.2 联轴器的选择
3.3.3 传动机构的选择
3.3.4 弹簧的设计
3.4 类SEA末端打磨装置位置源和力源模型对比分析
3.4.1 基于位置源控制的动力学模型建立和频域分析
3.4.2 基于力源控制的动力学模型建立和频域分析
3.4.3 两种控制方法动力学模型对比分析
3.5 基于力源控制法的类SEA末端打磨装置动力学模型
3.6 本章小结
第四章 自抗扰控制在类SEA末端中的应用
4.1 引言
4.2 自抗扰控制特点
4.2.1 经典PID控制的缺陷
4.2.2 自抗扰控制的优势
4.3 自抗扰控制的组成及算法
4.3.1 跟踪微分器算法
4.3.2 非线性控制律算法
4.3.3 反双曲正弦扩张状态观测器算法
4.4 自抗扰控制的参数整定及稳定性分析
4.4.1 跟踪微分器的参数整定
4.4.2 反双曲正弦扩张状态观测器的参数整定及稳定性分析
4.4.3 非线性控制律的参数整定
4.5 自抗扰控制器的设计及观测器性能分析
4.5.1 反双曲正弦扩张状态观测器自抗扰控制器设计
4.5.2 反双曲正弦扩张状态观测器性能分析
4.6 类SEA末端打磨装置自抗扰力控制仿真实验
4.6.1 理想环境下阶跃力信号跟踪仿真实验
4.6.2 理想环境下正弦力信号跟踪仿真实验
4.6.3 加入噪声时正弦力信号跟踪仿真实验
4.6.4 加入扰动时阶跃力信号仿真实验
4.6.5 系统参数改变时阶跃力信号跟踪实验
4.7 本章小结
第五章 终端滑模控制在类SEA末端中的应用
5.1 引言
5.2 线性滑模控制方法
5.2.1 线性滑模控制器的设计
5.2.2 线性滑模的收敛特性
5.3 终端滑模控制方法
5.3.1 终端滑模控制器的设计
5.3.2 终端滑模的收敛特性
5.4 非奇异终端滑模控制方法
5.4.1 非奇异终端滑模的控制器设计
5.4.2 非奇异终端滑模的收敛特性
5.5 多幂次非奇异终端滑模变结构控制
5.5.1 扩张状态观测器设计
5.5.2 跟踪微分器的设计
5.5.3 非线性快速终端滑模面的设计
5.5.4 多幂次趋近律的设计
5.6 多幂次趋近率分析
5.6.1 存在性及可达性证明
5.6.2 稳态抖振分析
5.6.3 趋近速率分析
5.6.4 控制律的设计
5.7 类SEA末端打磨装置非奇异终端滑模力控制仿真实验
5.7.1 不同滑模面力跟踪仿真实验
5.7.2 不同趋近率力跟踪仿真实验
5.7.3 不同趋近率正弦力跟踪仿真实验
5.7.4 无扰动补偿不同趋近率力跟踪仿真实验
5.8 自抗扰控制和终端滑模控制力控制仿真实验对比
5.8.1 类SEA末端打磨虚拟样机建模
5.8.2 类SEA末端打磨装置虚拟样机力控制仿真实验
5.9 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果
致谢
本文编号：3772964
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