6-RSS并联机构在六维主动减振平台中的应用研究

论文摘要

基于并联机构的多维减振平台系统是多维减振领域里的新理念,新突破,在减振领域有着重要的应用前景和开发价值。鉴于并联机构具有结构简单,机型紧凑,精确度高,易于控制等特点,本文提出采用6-RSS并联机构作为六维减振平台的主体机构,来实现低频大幅多维的主动减振,对与系统相关的各项关键技术进行了研究。具体内容如下:利用牛顿-欧拉法建立六维减振平台主体机构6-RSS并联机构的动力学模型,由于充分考虑了动平台惯性,支腿惯性等因素,保证了模型的精确程度,通过数值仿真验证了以6-RSS并联机构为减振平台主体减振机构的动力学模型的正确性和精确性。由于六维减振平台是复杂的机电系统,机构参数和控制参数之间存在着耦合现象,为提高减振平台系统的性能指标,从控制与机构同步优化的观点出发,对以6-RSS并联机器人为主体机构的减振平台的参数进行优化设计,通过计算仿真说明六维减振平台的控制和主体机构同步优化的有效性。考虑到时滞对控制精度的影响,建立了减振平台主体机构静平台中心点的测量运动学模型,此模型充分考虑到测量仪器的误差和未知扰动等因素对系统的影响。之后采用卡尔曼滤波算法,对静平台中心点的位姿进行重新估计,并同时求得该点的速度和加速度。并通过数据仿真,从不同方面说明了该模型的有效性和合理性。最后对静平台中心点的位姿提前一步预测。在六维减振平台主体机构的关节空间构造了强鲁棒性的自抗扰控制器,利用遗传算法对参数进行整定,给出了其稳定性的必要条件,并对该控制器良好的磨擦扰动补偿能力进行了仿真证明。在此基础上,提出了复合控制的策略实现以6-RSS并联机器人为六维减振平台主体机构的主动减振控制,数值仿真结果说明该方法可以有效的抑制振动对减振平台定位精度的影响。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 并联机构的应用与发展
• 1.3 国内外并联机器人控制研究
• 1.4 并联机构在主动减振中的应用
• 1.4.1 振动主动控制技术及其发展
• 1.4.2 并联机构振动控制的研究
• 1.4.3 6-RSS并联机器人研究
• 1.5 论文的主要研究内容及结构安排
• 2 六维减振平台主体机构动力学模型的建立
• 2.1 概述
• 2.2 6-RSS并联机构减振平台动力学方程的建立
• 2.2.1 单个支链的运动学分析
• 2.2.2 单个支链的动力学分析
• 2.2.3 动平台的动力学分析
• 2.3 6-RSS并联机构减振平台动力学仿真与分析
• 2.3.1 算例仿真
• 2.4 小结
• 3 六维减振平台的机构与控制的同步优化
• 3.1 概述
• 3.2 机构优化设计目标函数的建立
• 3.3 控制优化设计目标函数的建立
• 3.3.1 动平台的动力学模型
• 3.3.2 控制优化目标函数
• 3.4 减振平台系统的同步优化
• 3.4.1 系统同步优化的目标函数
• 3.4.2 减振平台滑模控制器的设计
• 3.4.3 系统优化目标函数的敏度求解
• 3.5 计算仿真
• 3.6 小结
• 4 减振平台主体机构静平台位姿的预测
• 4.1 概述
• 4.2 差分预测存在的问题
• 4.3 减振主体机构静平台中心点的运动状态方程
• 4.4 静平台中心点位姿变化规律与卡尔曼滤波预测方程的建立
• 4.4.1 减振机构静平台状态方程的建立
• 4.4.2 滤波初值的选定
• 4.5 静平台中心点运动学模型的仿真验证
• 4.6 静平台中心点位姿的预测
• 4.7 小结
• 5 六维减振平台的自抗扰复合控制
• 5.1 概述
• 5.2 自抗扰控制器ADRC的设计
• 5.2.1 非线性跟踪微分器的设计
• 5.2.2 扩张状态观测器的设计
• 5.2.3 非线性PD控制
• 5.2.4 扰动补偿
• 5.3 遗传算法整定PID参数
• 5.3.1 基于遗传算法的PID整定原理
• 5.3.2 基于实数编码遗传算法的PID整定
• 5.4 数值仿真与分析
• 5.4.1 执行器仿真
• 5.4.2 摩擦补偿仿真
• 5.5 自抗扰控制器稳定性分析
• 5.6 减振平台的主动减振控制
• 5.7 数值仿真
• 5.8 小结
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集