空间柔性机械臂动力学半物理仿真研究

发布时间：2017-03-24 06:11

  本文关键词：空间柔性机械臂动力学半物理仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着空间技术的发展,未来将有大量的空间任务需要完成。在高温差、高辐射的高危太空环境下,空间柔性机械臂可以协助人类完成各项空间操作任务。动态特性是空间柔性机械臂设计和制造最重要的指标之一。机械臂的动态响应可以通过大量的地面试验测试得到,但是地面试验的成本高昂;也可以通过数值仿真进行验证,但数值模型需要对真实机械臂进行一些假设和简化,使得数值仿真结果说服力和可靠性较低。半物理仿真技术是一种硬件在回路仿真技术,它把实物利用计算机接口嵌入到软件环境中并要求系统的软件和硬件实时运行。由于将部分实物放在系统内进行考察,半物理仿真克服了建模不准的误差,避免了复杂系统建模的困难。本文基于RT-LAB半物理实验系统对空间柔性机械臂动态特性进行研究,论文的主要完成的工作如下:1.对RT-LAB实时仿真平台的操作方法及优势进行了介绍,完成了电动舵机的控制方案和仿真模型的建立,利用RT-LAB系统完成了电动舵机实时仿真实验。2.设计并搭建了基于RT-LAB的柔性机械臂半物理仿真实验平台,在MATLAB/Simulink环境下开发了机械臂控制系统模型,完成了柔性机械臂半物理仿真实验测试,通过高速相机系统对机械臂位移结果信息进行了采集。3.基于自然坐标方法和绝对节点坐标方法建立了柔性机械臂多体动力学模型,为了验证数值模型的正确性,将数值仿真结果与半物理仿真实验测量结果进行比较。
【关键词】：半物理仿真 柔性机械臂 RT-LAB 电动舵机 绝对节点坐标方法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题来源、研究背景10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究概况11-18
• 1.2.1 空间机械臂国内外研究概况11-13
• 1.2.2 半物理仿真技术简介及国内外研究概况13-17
• 1.2.3 多体系统动力学国内外研究概况17-18
• 1.3 本文研究内容与组织结构18-19
• 1.3.1 研究内容18
• 1.3.2 本文的体系结构18-19
• 1.4 本章小结19-20
• 第二章 RT-LAB实时仿真系统20-27
• 2.1 RT-LAB实时仿真系统简介20-21
• 2.1.1 RT-LAB系统的组成20-21
• 2.2 RT-LAB工作原理21-26
• 2.2.1 RT-LAB工作原理21-24
• 2.2.2 RT-LAB操作规则24-25
• 2.2.3 RT-LAB实时仿真系统分析25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 电动舵机实时仿真分析27-39
• 3.1 电动舵机研究背景27-28
• 3.2 电动舵机系统介绍28-31
• 3.2.1 电动舵机结构28-29
• 3.2.2 电动舵机工作原理29
• 3.2.3 电动舵机经典PID控制策略29-31
• 3.3 无刷直流电机双闭环调速模型31-35
• 3.3.1 直流电机数学模型31-32
• 3.3.2 电流调节器设计32-33
• 3.3.3 转速调节器设计33-34
• 3.3.4 双闭环调速Simulink模型34-35
• 3.4 离线与实时仿真结果与分析35-37
• 3.4.1 无刷直流电动舵机离线仿真结果35-36
• 3.4.2 无刷直流电动舵机实时仿真结果36-37
• 3.5 问题与解决方法37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第四章 基于RT-LAB的空间机械臂半物理仿真实验39-61
• 4.1 实验平台设计39-41
• 4.1.1 设备选型与介绍39-41
• 4.2 半物理仿真实验41-49
• 4.2.1 控制器模型建立41-43
• 4.2.2 I/O设置43-48
• 4.2.3 实现半物理仿真48-49
• 4.3 实验结果采集49-55
• 4.3.1 转角信息实时采集49-50
• 4.3.2 机械臂位置信息采集50-55
• 4.4 柔性机械臂数值仿真与半物理仿真对比55-60
• 4.4.1 基于自然坐标方法描述的刚体单元55-57
• 4.4.2 基于绝对节点坐标方法描述的完整梁单元57-58
• 4.4.3 数值仿真结果与半物理仿真结果对比与分析58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 结论与展望61-63
• 5.1 主要研究结论61
• 5.2 研究展望61-63
• 参考文献63-67
• 攻读学位期间发表论文67-68
• 致谢68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张庆,王华坤,张世琪;组合柔性机械臂变形及滞迟特性分析[J];机械设计;2005年05期

2 刘广瑞;柔性机械臂振动控制研究[J];机电产品开发与创新;2005年03期

3 张雪莲;潘铁强;;柔性机械臂控制方法的研究[J];科技信息(学术研究);2006年09期

4 崔玲丽;张建宇;高立新;肖志权;;柔性机械臂系统动力学建模的研究[J];系统仿真学报;2007年06期

5 李坤;，

本文编号：265185