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机械臂非线性摩擦最小能耗控制模型的研究

作　者: 尹振娟
导　师: 朱学军
学　校: 宁夏大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 机械臂非线性摩擦最小能耗控制模型软测量
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 15次
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内容摘要

随着现代工业的不断发展,工业机器人成为现代工业生产中不可或缺的机电一体化设备,已被广泛应用于各个领域。与此同时,工业机器人在整个生产链中所消耗的能量也呈明显上升趋势,因此,分析影响工业机器人能耗的因素,并研究相应节能降耗的控制策略及方法,以及建立基于最小能耗的控制模型,使机械臂能耗最小化具有重要的理论和现实意义。机械臂关节伺服驱动系统是驱动机器臂完成运动控制的核心,也是能量消耗的主要环节,因此明确影响关节驱动系统能耗的因素具有非常重要的作用。本文在前期研究的基础上,研究、分析了负载情况下,非线性摩擦和电流热效应等因素对关节驱动系统能耗的影响,建立关节驱动系统非线性摩擦的动力学模型,并基于最优控制的相关理论及方法,解算机械臂在点到点运动控制模式下的最优角速度和电流函数。在Mathematica中,通过参数仿真,进一步明确各参数变量对关节驱动系统能耗的影响。通过建立直流关节伺服系统的数学模型,研究直流电机的双闭环控制策略。以解算出来的最优角速度函数为基础,采用单神经元自适应PID控制算法设计了转速控制器,采用工程设计法设计了电流控制器。在Matlab/simulink环境下建立了直流伺服系统双闭环调速系统的仿真模型,并与常规PID控制算法设计的双闭环直流调速系统进行了对比分析。基于软测量技术,明确了软测量工程实现的各个环节,分析了基于改进BP神经网络实现关节驱动系统能耗软测量的方法；并利用Matlab (?)(?)经网络工具箱函数,针对两种情况下关节能耗的样本数据,通过训练、仿真建立了关节最小能耗的软测量模型,仿真验证了模型的有效性,实现了对未知负载能耗和未知位移能耗的软件预测。通过硬件选型及软件编程,搭建了直流关节驱动系统实验平台,并对实验结果进行了分析。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 机器人概述  7
  1.2 课题来源及意义  7-8
  1.3 国内外驱动系统非线性摩擦最小能耗的研究状况  8-9
  1.4 课题主要研究技术简介  9-10
  1.5 关节驱动系统前期研究结果分析  10-12
  1.6 主要研究内容及结构  12-14
第二章带负载转矩的机械臂单关节驱动系统建模及全局解算  14-29
  2.1 单关节驱动系统的建模  14-15
  2.2 转矩为正时的全局解算  15-17
  2.3 转矩为负时的全局解算  17-20
  2.4 系统最优电流和角速度的解算  20-24
  2.5 仿真  24-28
  2.6 本章小结  28-29
第三章单关节直流伺服系统控制器设计及仿真  29-43
  3.1 直流伺服系统  29-30
  3.2 直流伺服系统的数学模型  30-31
  3.3 直流伺服系统双闭环控制  31-32
  3.4 电流环的设计及MATLAB仿真  32-34
  3.5 速度环的设计及MATLAB仿真  34-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章基于BP网络的关节最小能耗软测量方法研究  43-53
  4.1 软测量技术简述  43-44
  4.2 基于改进BP神经网络的关节能耗软测量分析  44-45
  4.3 利用MATLAB神经网络工具箱的关节能耗的实现  45-50
  4.4 网络模型的验证  50-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章关节伺服驱动控制系统实验平台设计  53-60
  5.1 硬件介绍  53-56
  5.2 软件程序设计  56-58
  5.3 实验及结果分析  58-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章结论与展望  60-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
附录  65-74
个人资料  74

机械臂非线性摩擦最小能耗控制模型的研究

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