六索并联机器人控制算法研究

发布时间：2017-07-28 22:15

  本文关键词：六索并联机器人控制算法研究

  更多相关文章： 馈源支撑系统 动力学建模 PID控制 自适应交互理论 MATLAB仿真

【摘要】：500米口径射电望远镜的馈源支撑系统采用柔索代替了连杆传动,使其同时具有了并联结构和柔索驱动的优点,不仅有很高的精度和负载能力而且可以在较大的工作空间内运动。六根柔索之间具有一定的耦合作用,并且百米级的柔索其自重是无法忽略的,同时大尺度的牵引运动容易受到风载等外界环境的干扰。因此,从控制角度来说,馈源支撑系统是一个多变量、时变、非线性、具有耦合作用的系统。本文将对馈源支撑系统的动力学特性以及控制方法控制策略进行分析研究。针对馈源支撑系统,首先对其数学模型进行分析,将六根柔索形成的悬链线模型简化成为直线。在此基础上利用拉格朗日第二类方程对馈源支撑系统进行运动学和动力学分析。然后利用MATLAB软件对数学模型进行了仿真,从而验证了模型的合理性,从而对实现大射电望远镜馈源支撑系统轨迹跟踪的精确控制奠定基础。针对馈源支撑系统的强耦合、时变性、多变量等特点,并且在馈源舱运行过程中容易受到风载等外界环境的扰动等的影响产生误差。本文采用分散控制的策略来实现对馈源舱轨迹的跟踪控制。同时,在馈源支撑系统六个柔索子系统中提出了非线性自适应交互PID控制策略,来实现对馈源支撑系统轨迹跟踪的精确控制。此控制策略以传统PID控制算法为基础,通过与自适应交互理论相结合形成自适应交互PID控制策略,从而可以根据系统误差对PID控制算法的三个参数进行自动调节。同时,结合非线性PID控制算法,缓解系统静态性能与动态性能之间以及稳定性与控制性能之间的矛盾。通过编写并运行MATLAB程序,得出在相同干扰序列情况下,相较于传统PID控制算法,在使用非线性自适应交互PID控制算法时,最大误差是前者的23%。在3m模型试验中,AB轴交点位置误差的最大值的均值是前者的36.1%,响应时间是前者的65.5%。验证了非线性自适应交互PID控制算法与传统PID控制算法相比,有更快的响应速度、更小的超调量、更高的鲁棒性能,更适合馈源支撑系统的跟踪控制。同时,非线性自适应交互PID控制算法也可用于类似的柔索驱动系统。
【关键词】：馈源支撑系统 动力学建模 PID控制 自适应交互理论 MATLAB仿真
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 机器人技术研究发展概况10-16
• 1.2.1 机器人研究概况10-12
• 1.2.2 柔索驱动并联机器人的研究现状12-16
• 1.2.3 柔索驱动并联机器人控制的研究现状16
• 1.3 FAST工程馈源支撑系统及技术指标介绍16-18
• 1.3.1 馈源支撑系统介绍16-17
• 1.3.2 馈源舱及柔索驱动系统技术指标17-18
• 1.4 论文的主要研究内容18-19
• 第2章 六索并联机器人动力学建模与分析19-39
• 2.1 引言19
• 2.2 柔索驱动系统运动学分析19-27
• 2.2.1 柔索驱动系统19-22
• 2.2.2 数学模型中的矢量分解22-24
• 2.2.3 柔索驱动系统运动学建模24-27
• 2.3 柔索驱动系统动力学分析27-32
• 2.4 出绳量的计算与位姿数据的反求32-35
• 2.4.1 出绳量的计算与程序框图32-33
• 2.4.2 位姿数据的反求与程序框图33-35
• 2.5 数学模型的分析与讨论35-37
• 2.6 本章小结37-39
• 第3章 非线性自适应交互PID控制算法研究39-55
• 3.1 引言39
• 3.2 FAST工程舱索控制系统39-42
• 3.3 传统PID控制策略研究42-46
• 3.3.1 PID控制策略介绍42-43
• 3.3.2 数字PID控制算法43-46
• 3.4 自适应PID控制算法研究46-52
• 3.4.1 自适应控制46-47
• 3.4.2 自适应控制与PID控制的结合47-49
• 3.4.3 自适应交互PID控制算法49-52
• 3.5 非线性PID控制算法52-53
• 3.6 本章小结53-55
• 第4章 数值仿真与 3m模型试验55-75
• 4.1 MATLAB软件介绍55
• 4.2 馈源支撑系统仿真流程设计55-61
• 4.3 数值仿真结果与分析61-69
• 4.4 3m模型试验69-75
• 第5章 结论与展望75-77
• 参考文献77-83
• 致谢83

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本文编号：586293