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基于位置的气液伺服阻抗控制系统的研究

作　者: 何银铜
导　师: 赵克定；董彦良
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 气液联控 阻抗控制 力跟踪 神经网络
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


实现机器人的柔顺性控制的方法主要有两种:力/位混合控制和阻抗控制。其中,阻抗控制得到了广泛的应用。本文所研究的就是阻抗控制,它是通过调节机器人末端的阻抗(包括刚度、阻尼和惯量)使力和位置满足期望的动力学关系。其中,按照目标阻抗的实现方式不同,阻抗控制可分为基于位置的阻抗控制和基于力的阻抗控制。本文是基于位置的阻抗控制系统的研究。本文在原有气液联控伺服控制系统基础上,模拟设计了气液联控机械手臂,引入负载气缸模拟变化的外界环境,购置了可变电阻式位移传感器,从而进行阻抗控制的研究。介绍了气液伺服阻抗控制系统的结构、原理和特点。对该阻抗控制系统进行了理论分析,建立了气液联控机械手臂的数学模型,分析了力跟踪的实现方法。为了实现精确的力跟踪,采用两种策略。一种是通过适当设计方法更新期望跟踪轨迹动力学模型;另一种是估计环境动力学模型(或阻抗)。本文针对以上两种策略研究了三种方法:离线环境参数估计法、在线环境参数估计法和基于神经网络阻抗控制法,并进行了计算机仿真。其中,离线环境参数估计法和在线环境参数估计法是针对第一种策略提出的,基于神经网络阻抗控制是针对第二种策略提出的。用一个弹簧和不计质量的薄板和负载气缸来模拟外界环境,购置了可变电阻式位移传感器,搭建了能够利用计算机进行数据采集和实时控制的气液伺服阻抗控制系统试验台,并开发了基于Windows操作系统具有存储功能的数据采集软件。通过大量试验研究,得到了力跟踪曲线和位置跟踪曲线,证明了基于位置的气液伺服阻抗控制系统实现的可能性。它能够在短时间内同时实现准确的力跟踪和位置跟踪,试验结果是满意的。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-17
  1.1 气液联控伺服系统的研究现状与分析  7-11
    1.1.1 气压伺服系统的特点及其发展现状  7-9
    1.1.2 气液联控技术的发展背景与研究现状  9-11
  1.2 机器人柔顺控制综述  11-15
    1.2.1 阻抗控制  12-13
    1.2.2 智能控制  13-15
    1.2.3 力控制中的关键问题  15
  1.3 课题来源与论文的主要工作  15-17
    1.3.1 课题的来源  15-16
    1.3.2 论文的主要工作  16-17
第2章 PWM控制原理及在阻抗控制系统中的应用  17-26
  2.1 PWM的概念及工作原理  17-18
  2.2 高速开关阀的开关特性  18-21
  2.3 高速开关阀的驱动方式  21-24
    2.3.1 脉宽调制信号的生成  21-23
    2.3.2 功率驱动模块  23-24
  2.4 PWM在阻抗控制系统中的应用  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章 气液伺服阻抗控制系统数学模型建立  26-39
  3.1 气液伺服阻抗控制系统的组成  26-27
  3.2 气液伺服系统的分类  27-28
  3.3 气液联控机构数学模型  28-34
    3.3.1 基本方程  28-33
    3.3.2 气液联控部分非线性数学模型  33-34
  3.4 气液伺服阻抗控制系统的数学模型分析  34-37
    3.4.1 阻抗控制原理及分类  34-35
    3.4.2 基于位置的气液伺服阻抗控制  35-37
  3.5 本章小结  37-39
第4章 气液伺服阻抗控制系统仿真研究  39-52
  4.1 离线环境参数估计法  39-42
    4.1.1 离线环境参数估计及仿真框图  39-40
    4.1.2 离线环境参数估计仿真结果及分析  40-42
  4.2 在线环境参数估计法  42-47
    4.2.1 在线环境参数估计及仿真框图  43-45
    4.2.2 在线环境参数估计仿真结果及分析  45-47
  4.3 基于神经网络的阻抗控制  47-51
    4.3.1 神经网络的设计及训练  47-50
    4.3.2 仿真结果分析  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章 试验研究  52-64
  5.1 阻抗控制系统试验台及实验装置  52-56
    5.1.1 动力机构  53
    5.1.2 控制系统  53-55
    5.1.3 采样系统  55
    5.1.4 试验装置  55-56
  5.2 阻抗控制系统控制软件设计  56-58
  5.3 阻抗控制试验研究  58-63
    5.3.1 力跟踪曲线试验研究  58-61
    5.3.2 位置跟踪曲线试验研究  61-63
  5.4 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-70
攻读学位期间发表的学术论文  70-72
致谢  72

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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 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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