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模拟运输工况的并联机器人控制系统研究

作　者: 隋小川
导　师: 富历新
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 路况仿真 多轴伺服控制 并联机器人 TwinCAT
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 61次
引　用: 1次
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内容摘要


随着工业的快速发展,危化品的使用范围越来越广,运输也越来越繁忙,危化品运输安全也越来越显出其重要性。为了尽可能减少事故发生,保护环境和人民生命财产安全,我国开展了针对各种危化品在运输工况中的安全监测与模拟仿真研究。本课题基于国家863重大专项“面向安全监测与跟踪的网络化微系统”的子课题“危化品运输工况仿真与模拟技术”,针对实际工况测试中存在的测试周期长、成本高、风险性大、工作强度大等缺点,通过设计一个6DOF并联机器人来模拟危化品罐车在几种运输工况中的行驶状况,对危化品运输工况进行仿真与模拟研究。本文通过理论分析、仿真及实验对实际路演离线的输入信号和模拟驾驶系统的虚拟输入信号两种运动复现方法进行研究,完成六自由度并联运动模拟器控制系统设计,实现对危化品运输工况的仿真与模拟。首先,针对实际路演实验得到的数据直接作为输入信号引起运动模拟器工作空间等指标受到限制,无法直接用于运动仿真的问题,提出一种信号复现算法,通过频谱分析提取原始实验信号主频率成分,然后调整各频率成分对应的相位偏置,以这些相位偏置为设计变量,以运动模拟器位移、速度、加速度指标为优化目标,运用Matlab遗传算法工具箱进行多目标优化计算,重新生成体现原始数据运动特征并满足性能要求的复现信号,并通过计算复现信号的雅克比矩阵条件数校验机构的奇异性,最终获得了符合工作空间范围并满足运动模拟器性能要求、无连续区域奇异位形的复现信号。针对运动模拟器的特殊要求,最终选择了具有高速工业以太网和PC实时控制架构的Beckhoff平台,实现了控制系统硬件集成。基于TwinCAT开发环境,针对实际路演离线的输入信号以及模拟驾驶系统的虚拟输入信号,分别研究两种运动复现的实现方法,编写运动控制程序,完成了控制系统软件设计。最后,完成了机械本体与电气控制系统的连接,实现了整个系统的联机调试。在控制软件环境下设置及调节各回路参数,运行控制程序,完成了两种输入信号的运动复现。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
  1.2 运动模拟器发展及国内外研究现状  10-12
  1.3 基于网络的多轴同步运动控制技术  12-14
  1.4 软PLC 控制技术  14-15
  1.5 本课题主要研究的内容  15-16
第2章 运动仿真路谱信号复现算法研究  16-36
  2.1 引言  16
  2.2 复现算法问题的引入  16-18
  2.3 复现信号的基本形式  18-21
    2.3.1 路谱信号的一般表示形式  18-19
    2.3.2 位置信号的表示形式  19-20
    2.3.3 姿态信号的表示形式  20-21
  2.4 多目标优化模型建立  21-24
    2.4.1 目标函数的建立  21-22
    2.4.2 约束条件的建立  22-24
  2.5 优化结果分析  24-35
    2.5.1 优化结果  24-31
    2.5.2 奇异位形校验  31-35
  2.6 本章小结  35-36
第3章 控制系统设计  36-54
  3.1 引言  36
  3.2 控制系统结构及控制方案  36-38
    3.2.1 控制系统结构  36-37
    3.2.2 控制方案  37-38
  3.3 实际路况运动复现控制软件设计  38-43
    3.3.1 运动控制功能分析  38
    3.3.2 电子凸轮运动控制程序设计  38-43
  3.4 虚拟输入信号复现运动控制软件设计  43-50
    3.4.1 运动控制功能分析  43
    3.4.2 总线端子系统模块  43-45
    3.4.3 软PLC 运动控制模块  45-47
    3.4.4 数据通讯模块  47-50
  3.5 可视化界面设计  50-51
  3.6 控制系统仿真  51-53
  3.7 本章小结  53-54
第4章 实验及结果分析  54-61
  4.1 引言  54
  4.2 控制系统软件设置及调整  54-55
    4.2.1 驱动器基本设置  54-55
    4.2.2 上位机中位置环设置  55
  4.3 两种输入信号的运动复现实验及分析  55-60
    4.3.1 初始零位确定及运动归零实验  55-56
    4.3.2 实际工况输入信号的运动复现实验  56-59
    4.3.3 虚拟输入信号的运动复现实验  59-60
  4.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
附录  65-67
致谢  67

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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 > 工业机器人
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