七功能水下机械手本体设计及自适应控制研究

论文摘要

随着海洋资源探索研究的深入,水下机器人的功能越来越受到世界各国的重视。作为一种通用作业工具,水下机械手一直是作业型水下机器人的首选配置。本文针对深海水下机械手作业环境恶劣、能源供给有限、系统高度非线性及时变等难题,对七功能水下机械手的相关技术进行研究。通过对国内外水下机械手的分析,根据机械手整体集成化的设计思想,并结合水下作业的具体要求,提出七功能水下机械手总体设计的可行性方案,确定七功能水下机械手的技术指标、驱动方式及材料,并设计七功能水下机械手的机械结构,对其结构参数进行比较选取,利用Pro/E完成机械手的三维结构设计,并利用有限元方法对其进行强度分析。本文将自适应控制理论引入七功能水下机械手位置伺服控制系统,建立七功能水下机械手位置伺服控制系统的数学模型,并对其特性进行分析。采用模型参考自适应控制策略对其进行控制,并与PID控制进行仿真比较,仿真结果表明,采用模型参考自适应控制比采用PID控制策略有更好的适应性,能有效地抑制模型化误差、外界干扰及系统本身参数变化等影响,使被控对象的输出渐近一致地跟随参考模型的输出,改善了系统的动态性能、精度、稳定性和响应速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源目的及研究意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究目的
• 1.1.3 课题研究意义
• 1.2 水下机械手发展概况
• 1.2.1 水下机械手的发展
• 1.2.2 国外水下机械手的研究现状
• 1.2.3 国内水下机械手的研究现状
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第2章 七功能水下机械手总体方案研究
• 2.1 引言
• 2.2 七功能水下机械手总体设计方案
• 2.2.1 七功能水下机械手总体系统
• 2.2.2 机械手的基本技术参数
• 2.2.3 机械手驱动方式的选择
• 2.2.4 机械手材料的选择
• 2.3 七功能水下机械手总体结构
• 2.4 七功能水下机械手液压伺服系统设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 七功能水下机械手机械本体结构研究
• 3.1 引言
• 3.2 七功能水下机械手机械结构设计
• 3.3 各关节结构设计
• 3.3.1 线性执行器关节设计
• 3.3.2 前臂回转关节设计
• 3.3.3 腕部回转关节设计
• 3.4 关键零部件的分析与校核
• 3.4.1 大臂框架的有限元分析
• 3.4.2 前臂框架的有限元分析
• 3.4.3 肩部的有限元分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 七功能水下机械手控制系统的建模及分析
• 4.1 引言
• 4.2 七功能水下机械手电液控制系统数学模型
• 4.2.1 阀控非对称缸动力机构建模
• 4.2.2 电液伺服阀传递函数
• 4.2.3 伺服放大器和反馈测量元件传递函数
• 4.2.4 电液位置伺服系统的传递函数
• 4.3 七功能水下机械手电液控制系统性能分析
• 4.3.1 电液位置伺服系统仿真参数的确定
• 4.3.2 频率特性分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 七功能水下机械手自适应控制设计及仿真
• 5.1 引言
• 5.2 自适应控制理论
• 5.2.1 平衡点稳定定理
• 5.2.2 系统问题的设定
• 5.2.3 输出误差方程
• 5.2.4 自适应控制系统的构成
• 5.3 七功能水下机械手自适应控制系统的设计
• 5.3.1 系统模型及状态方程
• 5.3.2 参考模型及状态方程
• 5.3.3 自适应控制器的设计
• 5.4 七功能水下机械手自适应控制与PID控制仿真及分析
• 5.4.1 自适应控制仿真分析
• 5.4.2 自适应控制与PID控制的仿真比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢