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PSS 3-2-1正交并联动平台控制策略的研究

作　者: 杨毅
导　师: 王洪瑞
学　校: 燕山大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 正交并联机构 逆运动学 动力学模型 模糊控制 PID自整定 鲁棒控制 轨迹跟踪
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


并联机器人在航天、航海、医疗、数控加工等操作领域中具有广泛应用，PSS 3-2-1正交并联机构运动平台，是一种新型的六自由度的正交并联机构动平台。这个并联机构运动平台与并联机器人在控制过程中遇到的问题是类似的。本文采用新型的正交并联机构，新型机构在并联机器人中的应用是当前研究的热点问题，同时也是并联机器人理论研究和实际应用的关键所在。本文以PSS 3-2-1正交并联动平台为研究对象，给出了模糊PID和鲁棒控制两种算法，具体工作如下：首先推导了PSS 3-2-1正交并联机构动平台的位置反解的解析表达式，给出了模糊PID控制策略。将期望轨迹由工控机传递给运动控制卡，由运动控制卡根据逆运动学方程得出各支链的理论位移矢量，将该位移矢量作为期望值输入到模糊自适应控制器，同时将由支链伺服系统传动机构的控制输出作为实际值输入到模糊自适应控制器，由伺服支链的理论值与实际值之间的偏差作为模糊PID控制器的输入，以此实现对仿生机器马运动支链的偏差闭环运动控制。仿真表明模糊PID自整定控制能取得更满意的结果。其次，针对PSS 3-2-1运动平台的模型误差和来自外部环境所造成的干扰，给出了一种鲁棒跟踪控制算法。基于正交并联机构的动力学模型的物理特征，确定被控对象的期望运动轨迹，给出鲁棒反馈控制器使动平台的运动轨迹趋于期望轨迹。这种算法可以大大降低系统的不确定性，提高系统的暂态性能，具有响应速度快，调节时间短，稳定性好，抗干扰能力强，可以快速跟踪六个轴在任意时间的变化，仿真证明了该控制算法的有效性。因此，本文的研究成果对于广泛应用于飞行模拟器、天文望远镜跟踪定位系统以及动感娱乐平台等系统，实现简单易行、高速、高精度的控制具有重要参考价值。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 机器人的发展及国内外现状  11-14
    1.2.1 机器人的发展状况  11-12
    1.2.2 机器人的分类及应用  12-13
    1.2.3 并联机器人的发展状况  13-14
  1.3 并联机构的特点及应用  14-18
    1.3.1 并联机构的特点  14-15
    1.3.2 并联机构在工业中的应用  15-16
    1.3.3 并联机构的研究现状  16-18
  1.4 本课题的来源和意义  18-19
  1.5 论文的结构安排和主要内容  19-21
第2章 预备知识  21-26
  2.1 基础知识  21-22
  2.2 稳定性理论  22-24
    2.2.1 系统的稳定性  22-23
    2.2.2 李亚普诺夫稳定性理论  23-24
  2.3 PID 控制  24-25
    2.3.1 模拟 PID 控制器的数学模型  24
    2.3.2 数字 PID 控制器的数学模型  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 PSS 3-2-1 正交并联机构的运动学与动力学分析  26-32
  3.1 运动平台的结构  26-27
  3.2 系统逆运动学分析  27-30
  3.3 系统的动力学方程  30-31
  3.4 本章小结  31-32
第4章 PSS3-2-1 正交并联动平台机构的位姿控制  32-45
  4.1 基于交流伺服电动机的关节位姿控制  32-36
    4.1.1 无刷电动机的发展  32-33
    4.1.2 无刷电动机的原理  33-36
  4.2 并联机构动平台的模糊自整定控制  36-42
    4.2.1 PID 参数自整定控制  36-37
    4.2.2 模糊控制  37-38
    4.2.3 模糊 PID 控制  38
    4.2.4 并联机构的模糊 PID 控制器设计  38-42
  4.3 仿真实验  42-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章 PSS 3-2-1 正交并联机构动平台的鲁棒快速跟踪控制  45-55
  5.1 概述  45-46
  5.2 鲁棒控制器设计与稳定性分析  46-52
    5.2.1 模型物理特征  46
    5.2.2 鲁棒控制器的设计  46-48
    5.2.3 证明稳定性  48-52
  5.3 仿真研究  52-54
  5.4 本章小结  54-55
结论  55-57
参考文献  57-61
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  61-62
致谢  62-63
作者简介  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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