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锻造操作手模拟实验台动力学建模与模糊滑模控制

作　者: 李楠楠
导　师: 邓华
学　校: 中南大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 操作手模拟实验台动力学建模 ADAMS仿真运动规划模糊滑模控制
分类号: TP241.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 86次
引　用: 1次
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内容摘要

锻造操作机是一个多自由度的复杂操作手,它的重载、时变工况、高精度定位、操作过程的自动化要求使得操作手的动力学和运动规划问题成为必须关注的问题,因为这直接关系着锻件的成形质量和锻造的安全性。由于操作机本体比较庞大,不方便进行实验研究,因此有必要设计一个操作手模拟实验台。实验台主要模拟操作机的大车行走,整车旋转,钳杆升降,钳杆俯仰,抓手旋转等动作。针对模拟实验台进行动力学、运动规划和控制研究。具体研究工作如下：1、根据要求设计了操作手模拟实验台的整体方案,建立了实验台的三维立体模型。2、利用Lagrange方程法推导建立了操作手四个关节的动力学数学模型,并对模型中的参数进行了计算。然后利用动力学仿真软件ADAMS建立了操作手的3D动力学模型,对操作手的动力学特性进行了初步的研究,并与数学模型的动力学特性进行了比较,从而验证了模型的合理性。3、针对操作手模拟实验台进行了运动规划研究。分析了操作手的运动学、活动空间、雅克比矩阵、路径插值问题。在此基础上进行了运动控制研究,建立了驱动结构的模型,进行了运动规划的仿真研究。最后在实验的基础上验证了操作手运动规划的合理性。4、针对模型的非线性,参数时变,耦合,建模不精确等情况,采用一种基于指数趋近律的模糊滑模控制器进行仿真研究,并与PID控制器的仿真结果进行了比较分析。结果表明该控制器具有良好的动态性能,具有一定的解耦和鲁棒性能。研究结果为锻造操作机动力学、运动规划和控制分析提供一定的参考。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-11
第一章绪论  11-22
  1.1 课题背景  11
  1.2 锻造操作机的基本动作和结构  11-13
  1.3 国内外研究现状  13-20
    1.3.1 锻造操作机发展现状  13-14
    1.3.2 相关理论现状  14-20
  1.4 本文研究目的及意义  20
  1.5 本课题研究的主要内容  20-22
第二章操作手模拟实验台方案设计及运动学基础  22-32
  2.1 操作手模拟实验台设计要求  22
  2.2 操作手整体框架设计  22-24
    2.2.1 锻造操作机基本动作  22
    2.2.2 操作手基本动作设计  22-23
    2.2.3 操作手自由度计算  23
    2.3.4 操作手驱动方案  23-24
  2.3 操作手三维建模  24-26
  2.4 关键部件校核  26-27
  2.5 操作手运动学基础  27-31
    2.5.1 位姿描述  27-28
    2.5.2 连杆坐标变换  28-30
    2.5.3 操作手连杆变换矩阵  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章操作手动力学建模与ADAMS动力学分析  32-45
  3.1 操作手动力学建模  32-39
    4.1.1 速度的计算  32-33
    3.1.2 动能和位能的计算  33-34
    3.1.3 伪惯量的计算  34-35
    3.1.4 动力学方程的推导  35-37
    3.1.5 动力学模型的计算  37-39
  3.2 ADAMS动力学分析  39-44
    3.2.1 机械系统动力学仿真介绍  39-40
    3.2.2 ADAMS动力学建模与分析  40-44
  3.3 本章小结  44-45
第四章操作手运动规划及实验验证  45-87
  4.1 轨迹规划  45-51
    4.1.1 运动学分析  45-47
    4.1.2 操作手活动空间  47-48
    4.1.3 操作手雅克比矩阵  48-49
    4.1.4 路径插值  49-51
  4.2 运动控制  51-56
    4.2.1 永磁同步电机建模  52-53
    4.2.2 矢量控制  53-54
    4.2.3 操作手运动控制仿真  54-56
  4.3 操作手运动规划实验研究  56-61
    4.3.1 实验目的  56-57
    4.3.2 实验平台描述  57-58
    4.3.3 实验过程  58-59
    4.3.4 数据采集  59
    4.3.5 结果分析  59-61
  4.4 本章小结  61-62
  第五章基于指数趋近律的操作手模糊滑模控制  62
  5.1 滑模变结构控制的基本原理  62-66
    5.1.1 变结构基本描述  63-64
    5.1.2 滑模变结构控制原理  64-66
  5.2 基于指数趋近律的操作手模糊滑模控制器  66-72
    5.2.1 基于指数趋近律的操作手滑模变结构控制器  67-68
    5.2.3 滑模控制器仿真  68-69
    5.2.4 模糊控制模块  69-72
    5.2.5 模糊滑模控制器  72
  5.3 仿真  72-86
    5.3.1 阶跃响应  72-74
    5.3.2 正弦跟踪  74-77
    5.3.3 解耦性能  77-81
    5.3.4 鲁棒性能  81-86
  5.4 本章小节  86-87
第六章全文总结与展望  87-88
参考文献  88-94
致谢  94-95
攻读硕士期间的主要研究成果  95

锻造操作手模拟实验台动力学建模与模糊滑模控制

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