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串联机器人可控阻尼半主动控制的基础研究

作　者: 刘鑫
导　师: 胡明
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 串联机器人磁流变阻尼器半主动控制振动 Matlab
分类号: TB535.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,以工业机器人为代表的串联机器人得到了广泛的应用,尤其在自动化程度很高的生产线上,串联机器人更是成为代替重复单调劳动力、提高生产效率和产品质量的重要途径。随着串联机器人在航空航天、精密制造等领域的逐渐应用,轻质、高速、高机动性将成为其发展的一个重要方向。但由此造成的低频机械振动、末端定位精度下降等问题,则成为这类串联机器人需要解决的关键问题。本文在研究三自由度串联机器人运动方程,以及磁流变阻尼器动力学模型和动态特性的基础上,通过对半主动控制方法和控制算法的研究,利用磁流变阻尼器,进行了三自由度串联机器人振动半主动控制的仿真与实验研究。本文的工作主要有以下几个方面：(1)在广泛阅读文献的基础上,了解振动控制方面的基本知识,确定进行串联机器人振动控制的半主动控制方法及其算法；(2)对三自由度串联机器人进行建模,并通过数学方法解出其垂直方向振动与阻尼系数之间的关系；(3)介绍磁流变液的磁流变效应与磁流变阻尼器的工作模式及其动力学模型,探讨磁流变阻尼器主要参数之间的关系,利用数据拟合的方法求出磁流变阻尼器阻尼系数与输入电流之间的关系；(4)根据三自由度串联机器人数学模型与磁流变阻尼器力学模型,建立振动半主动控制系统的Simulink仿真程序,通过双态控制和模糊控制进行机器人的振动控制仿真研究,并比较这两种控制算法的控制效果；(5)进行串联机器人实验模型振动半主动控制系统的实验研究,验证其控制效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外串联机器人振动控制的研究  12-14
    1.2.1 国外串联机器人振动控制的研究  12-13
    1.2.2 国内串联机器人振动控制的研究  13-14
  1.3 控制振动的主要途径  14-17
    1.3.1 被动控制  14-15
    1.3.2 主动控制  15-16
    1.3.3 混合控制  16
    1.3.4 半主动控制  16-17
  1.4 本文主要研究内容  17-19
第2章三自由度串联机器人的建模  19-31
  2.1 国内外串联机器人研究与应用现状  19-24
    2.1.1 国外研究与应用现状  19-22
    2.1.2 国内研究与应用现状  22-24
  2.2 串联机器人振动的危害  24
  2.3 三自由度串联机器人建模  24-27
    2.3.1 以力为控制参数建模  24-26
    2.3.2 以阻尼系数为控制参数建模  26-27
  2.4 串联机器人振动与阻尼系数的关系  27-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章半主动控制装置与算法的研究  31-41
  3.1 变阻尼半主动控制方法  31-37
    3.1.1 半主动流体阻尼器  31-32
    3.1.2 摩擦可控装置  32-33
    3.1.3 半主动调谐质量阻尼器  33-34
    3.1.4 半主动调谐液体阻尼器  34
    3.1.5 电/磁流变阻尼器  34-37
  3.2 半主动控制算法  37-40
    3.2.1 基于经典最优控制算法  37
    3.2.2 限界Hrovat最优控制  37-38
    3.2.3 最优Bang-Bang双态控制  38
    3.2.4 简单Bang-Bang双态控制  38-39
    3.2.5 智能控制  39-40
  3.3 本章小结  40-41
第4章磁流变阻尼器应用理论  41-53
  4.1 磁流变液  41-42
    4.1.1 磁流变液的组成与类型  41-42
    4.1.2 磁流变效应  42
  4.2 磁流变阻尼器工作模式及其阻尼力模型  42-46
    4.2.1 磁流变阻尼器的工作模式  42-44
    4.2.2 磁流变阻尼器的阻尼力计算模型  44-46
  4.3 磁流变阻尼器的动力学模型  46-48
    4.3.1 Bingham模型  46
    4.3.2 Bingham黏弹-塑性模型  46-47
    4.3.3 Bouc-Wen模型  47-48
  4.4 库仑阻尼系数与电流的关系  48-52
    4.4.1 数据拟合  48-49
    4.4.2 库仑阻尼力与电流的关系  49-50
    4.4.3 屈服应力与库仑阻尼系数的关系  50
    4.4.4 库仑阻尼系数与电流关系的推导  50-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章半主动控制系统的仿真与实验研究  53-75
  5.1 Simulink介绍  53
  5.2 半主动Bang-Bang双态控制  53-60
    5.2.1 半主动Bang-Bang双态控制策略  53-54
    5.2.2 半主动Bang-Bang双态控制的Simulink仿真  54-60
  5.3 模糊控制  60-69
    5.3.1 模糊控制的发展及其基本原理  60-61
    5.3.2 模糊控制器设计  61-64
    5.3.3 模糊控制的Simulink仿真  64-69
  5.4 半主动控制的实验研究  69-74
    5.4.1 实验装置  69-71
    5.4.2 实验结果  71-73
    5.4.3 实验结果分析  73-74
  5.5 本章小结  74-75
第6章结论与展望  75-77
  6.1 结论  75
  6.2 展望  75-77
参考文献  77-81
致谢  81

串联机器人可控阻尼半主动控制的基础研究

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