本文關(guān)鍵詞：激光聚集小型三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)分析及控制策略研究

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【摘要】：本文以863項(xiàng)目子課題“XX激光調(diào)焦XX”為背景,對用于激光調(diào)焦的次鏡支撐機(jī)械系統(tǒng)——三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)——的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)及控制策略進(jìn)行分析。首先,提出了用非壓電陶瓷驅(qū)動的小型3-PRS結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)器人來支撐次鏡的方案,之后對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模,以傳統(tǒng)Z-X-Y歐拉角描述了該機(jī)動平臺位姿,并利用該機(jī)構(gòu)的閉環(huán)矢量式求解獲得其運(yùn)動學(xué)正反解方程及受限速度雅克比矩陣。利用多剛體動力學(xué)軟件ADAMS,應(yīng)用極限邊界搜索算法對該機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間進(jìn)行了定量分析。結(jié)合小型3-PRS機(jī)構(gòu)的特征,定性分析了該機(jī)構(gòu)在工作空間內(nèi)的奇異性,并通過結(jié)構(gòu)設(shè)計給出了消除奇異性的方法,從而為該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)其次,對小型3-PRS機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動力學(xué)建模。提出了一種簡化假設(shè)方法——質(zhì)量因子,即將連接桿的質(zhì)量分布到桿的兩端。通過在ADAMS中對虛擬模型的仿真和利用虛功原理建立的數(shù)學(xué)模型對比分析,得出了該結(jié)構(gòu)連接桿的質(zhì)量分布因子優(yōu)化解。對絲杠系統(tǒng)及連桿進(jìn)行了簡單的剛度建模,在ADAMS中,對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了固有頻率的仿真分析。最后,在運(yùn)動學(xué)分析及動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,提出了PID控制、計算力/力矩控制及自適應(yīng)控制方法,通過ADAMS/Control和MATLAB/Simulink聯(lián)合仿真,對比分析了適合小型3-PRS機(jī)構(gòu)的控制方法,并定量給出了機(jī)構(gòu)的理論控制精度。最后,將該機(jī)構(gòu)應(yīng)用于實(shí)際光路系統(tǒng),測量了兩種控制方案下該機(jī)構(gòu)控制的調(diào)焦次鏡對聚焦光斑性能的影響。仿真結(jié)果充分證明了該機(jī)構(gòu)完全滿足支撐激光聚焦次鏡結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：激光聚焦 3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu) 運(yùn)動學(xué) 動力學(xué) 控制策略 聯(lián)合仿真
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH112
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 課題來源及研究意義12-14
• 1.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)概述14-17
• 1.3 三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀17-25
• 1.3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計18-21
• 1.3.2 運(yùn)動學(xué)分析21-23
• 1.3.3 精度分析：機(jī)械誤差分析23
• 1.3.4 動力學(xué)建模23-24
• 1.3.5 剛度和固有頻率研究24
• 1.3.6 控制策略研究24-25
• 1.4 主要研究內(nèi)容25-26
• 第2章 小型三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析26-42
• 2.1 小型 3-PRS機(jī)構(gòu)描述26-34
• 2.1.1 伴生運(yùn)動29-32
• 2.1.2 雅克比矩陣32-34
• 2.2 運(yùn)動學(xué)正反解34-35
• 2.2.1 逆運(yùn)動學(xué)分析34-35
• 2.2.2 正向運(yùn)動學(xué)分析35
• 2.3 工作空間分析35-39
• 2.4 奇異性分析39-40
• 2.4.1 確定奇異位形類型39-40
• 2.4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計消除奇異性40
• 2.5 本章小結(jié)40-42
• 第3章 小型三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析42-54
• 3.1 虛功原理42-43
• 3.2 動力學(xué)模型43-45
• 3.2.1 簡化假設(shè)43
• 3.2.2 動力學(xué)建模43-45
• 3.3 動力學(xué)仿真45-52
• 3.3.1 簡化假設(shè)的量化45-48
• 3.3.2 固有頻率48-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第4章 控制策略研究54-74
• 4.1 控制理論基本概念54-55
• 4.2 PID控制策略55-58
• 4.3 基于逆動力學(xué)模型的計算力/力矩控制策略(Computed force control,CFC)58-60
• 4.4 自適應(yīng)控制系統(tǒng)（passivity-based control,PBC）60-63
• 4.5 聯(lián)合仿真及結(jié)果討論63-67
• 4.6 聚焦系統(tǒng)應(yīng)用分析67-71
• 4.6.1 CTC控制方案下的激光聚焦性能67-69
• 4.6.2 PBC控制方案下的聚焦性能69-71
• 4.6.3 兩種控制方案的對比71
• 4.7 本章小結(jié)71-74
• 第5章 總結(jié)與展望74-76
• 5.1 完成工作總結(jié)74-75
• 5.2 后續(xù)工作展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-85
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況85-86
• 指導(dǎo)教師及作者簡介86-87
• 致謝87-88

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4 吳巍;;三平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)的綜合[J];農(nóng)業(yè)裝備技術(shù);2010年03期

5 陳江義;郝雪清;虞啟輝;;含間隙鉸鏈并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析[J];鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2012年01期

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9 王南;趙乘康;崔國華;高鵬;;基于正交實(shí)驗(yàn)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度回歸模型求解分析[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2013年12期

10 王洋,黃田,倪雁冰,梅江平;基于正交球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的新型數(shù)控轉(zhuǎn)臺姿態(tài)求解及實(shí)時控制[J];自然科學(xué)進(jìn)展;2002年07期

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1 蘇軍輝;黃玉美;高峰;;抓取機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度解析[A];制造技術(shù)自動化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2002年

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3 張義鳳;姚郁;;六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動速度性能優(yōu)化設(shè)計[A];中國系統(tǒng)仿真學(xué)會第五次全國會員代表大會暨2006年全國學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

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9 王昕;李澤湘;;冗余驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動控制分析與應(yīng)用[A];第二十二屆中國控制會議論文集（下）[C];2003年

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1 林偉陽;平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動控制和解耦問題的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

2 李柳;基于嵌入式系統(tǒng)的3P-6SS并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制技術(shù)[D];北京郵電大學(xué);2007年

3 宋曉飛;六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)誤差分析和補(bǔ)償[D];重慶大學(xué);2012年

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6 劉欣;一種平面2自由度冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究[D];西安電子科技大學(xué);2006年

7 鄒婷;并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自動建模與虛擬裝配系統(tǒng)[D];燕山大學(xué);2007年

8 李嵩;少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)基本型的分析與綜合[D];重慶大學(xué);2007年

9 張余;并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度特性分析[D];東北大學(xué);2008年

10 孟巧玲;并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度特性分析[D];東北大學(xué);2008年

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本文編號：840721