本文關(guān)鍵詞：考慮運動副間隙的平面并聯(lián)機構(gòu)動力學與控制研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 模塊化建模 多體機構(gòu) 運動副間隙 動力學分析 3-RRR并聯(lián)機構(gòu)

【摘要】：由于裝配誤差、加工精度和磨損的影響,機構(gòu)中運動副間隙不可避免地存在,使機構(gòu)的運動精度和動力學性能受到很大影響。同時,構(gòu)型復雜的多體機械系統(tǒng)動力學模型的建模效率有待提高。因此含運動副間隙機構(gòu)的動力學建模與分析越來越受到科研人員的重視。本文從平面多體機構(gòu)的模塊化動力學建模、運動副間隙的數(shù)學模型等方面入手,提出體現(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)層次性的模塊化動力學建模方法,并可拓展到含間隙機構(gòu)的動力學分析,通過改進的數(shù)值積分算法求解非線性微分代數(shù)方程組,系統(tǒng)地分析運動副間隙對機構(gòu)動力學性能的影響,進而指導樣機結(jié)構(gòu)參數(shù)與間隙分配的集成優(yōu)化。本文主要進行以下研究:為了提高復雜多體機構(gòu)的動力學建模效率,通過多體系統(tǒng)的拓撲圖對機構(gòu)進行分類,提出多體系統(tǒng)的模塊劃分方法;采用體鉸矢量和通路矢量建立平面多體機構(gòu)中運動副的約束方程,用關(guān)聯(lián)數(shù)組描述系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu),實現(xiàn)系統(tǒng)約束雅克比矩陣的自動集成,形成復雜多體機構(gòu)的約束雅可比矩陣的模塊組裝,實現(xiàn)模塊化、層次化的動力學建模,使動力學模型中包含機構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)信息。針對動力學模型的微分代數(shù)方程組,提出基于Hermite插值的數(shù)值積分方法。以平面三自由度并聯(lián)機構(gòu)為應用案例,建立通用動力學模型,體現(xiàn)所提出的模塊化動力學建模方法的層次性和可重用性。為了更精確地確定出運動副元素在機構(gòu)運行過程中相對運動狀態(tài)的互相轉(zhuǎn)換,采用狀態(tài)變換法描述運動副間隙模型,利用相鄰兩時間節(jié)點的接觸表面變形量的關(guān)系改進運動副元素的相對運動狀態(tài)判斷準則。提出適用于機構(gòu)高速運行時的間隙碰撞力模型,結(jié)合Lankarani-Nikravesh接觸力模型完整地表達了間隙運動副中的接觸碰撞力。為了能夠量化地評價運動副間隙的不同參數(shù)對機構(gòu)動力學性能的影響,提出間隙效應評價指標體系。以含有鉸鏈間隙的曲柄滑塊機構(gòu)為例進行動力學分析,驗證了所提出的間隙模型的正確性。針對平面并聯(lián)機構(gòu)在工程中應用最廣泛的一種構(gòu)型——平面3-RRR并聯(lián)機構(gòu),采用提出的模塊化動力學建模方法建立動力學模型�？紤]與動平臺相連接的三個轉(zhuǎn)動副間隙,將運動副的間隙作用力作為廣義外力引入到系統(tǒng)動力學方程中。采用所提出的基于Hermite插值的數(shù)值積分方法對該微分代數(shù)方程組進行求解,深入細致地探討運動副間隙對該機構(gòu)動力學性能的影響。采用龐加萊映射和分岔圖的手段對機構(gòu)進行非線性動力學分析,揭示含間隙平面3-RRR并聯(lián)機構(gòu)的非線性動力學行為。對于含有運動副間隙的機構(gòu),由于間隙作用力產(chǎn)生的高度非線性因素,傳統(tǒng)控制策略的控制效果難以令人滿意。針對含運動副間隙的平面3-RRR并聯(lián)機構(gòu),對比分析基于間隙作用力模型的固定補償控制策略,進而提出能實現(xiàn)間隙作用力自適應補償?shù)姆蔷�性自適應控制策略。引入增益自適應律使機構(gòu)能夠更快地達到穩(wěn)定狀態(tài),設計參數(shù)自適應控制律和非線性自適應控制律,實現(xiàn)在運動副間隙存在的情況下機構(gòu)運動精度的提高,并有效減輕間隙作用力對機構(gòu)運動平穩(wěn)性的不良影響�；陂g隙效應評價指標體系和指數(shù)加工成本模型,建立含運動副間隙機構(gòu)的間隙分配與結(jié)構(gòu)參數(shù)集成優(yōu)化的目標函數(shù)�；谶z傳算法中的雜交機制,采用自適應雜交概率,并引入自適應慣性權(quán)重和異步學習因子,改進了混合粒子群優(yōu)化算法。輔以工作空間、傳遞性能等約束條件,優(yōu)化得到機構(gòu)的間隙參數(shù)和結(jié)構(gòu)設計參數(shù),設計加工平面3-RRR并聯(lián)機構(gòu)實驗樣機系統(tǒng)。通過加工不同半徑的軸頸,實現(xiàn)不同大小和數(shù)量的運動副間隙。采集機構(gòu)動平臺中心點位置、速度信號,進行含運動副間隙的平面3-RRR并聯(lián)機構(gòu)動力學響應的實驗研究。考察間隙運動副個數(shù)、運動副間隙的大小對機構(gòu)動力學性能的影響,驗證前期理論分析的正確性�？紤]運動副間隙的多體機械系統(tǒng)的動力學分析與研究,具有重要的理論價值和實際指導意義。
[Abstract]:In order to improve the dynamic modeling efficiency of a complex multi - body mechanism , the dynamic modeling and analysis of the kinematic pairs in a complex multi - body mechanism are presented . In this paper , the experimental research on the dynamic response of plane 3 - RRR parallel mechanism with different size and quantity is realized by machining the journal with different radius .

【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH112

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本文編號：1419293