本文關(guān)鍵詞：重載冗余六自由度并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：并聯(lián)機構(gòu)在剛度、承載力、動態(tài)性等方面都具有很強的優(yōu)勢，，被廣泛應(yīng)用于運動模擬、并聯(lián)運動機械、操作器、微動機構(gòu)等領(lǐng)域。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ⒙?lián)機構(gòu)的特性有不同的需求，當并聯(lián)機構(gòu)作為運動模擬器的運動輸出部分時，往往需要承擔很大的載荷，特別是在艦船模擬器、裝甲車輛模擬器等一些大型設(shè)備的應(yīng)用當中負載要求更為突出。因此，對如何提高并聯(lián)機構(gòu)的承載能力和驅(qū)動性能進行研究，對推動并聯(lián)機構(gòu)在運動模擬器行業(yè)的發(fā)展有著重要意義。本文提出了一種電動冗余六自由度并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，在提升系統(tǒng)驅(qū)動能力的同時，又可避免液壓驅(qū)動成本高、維護復雜的缺點。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 提出了一種由六條電動支腿和三條氣動冗余支腿共同作用的冗余并聯(lián)機構(gòu)，其中電動支腿為主動腿用于實現(xiàn)機構(gòu)的各種運動，氣動支腿為輔助腿以幫助電動支腿平衡平臺及負載的重力作用。在沒有冗余支撐時，重力做的功要由主動支腿來提供，有了冗余支撐后，由于冗余支撐是氣彈簧，重力做的功與氣彈簧的勢能之間相互轉(zhuǎn)換，可減小驅(qū)動電機的耗能。 對本文提出的冗余六自由度并聯(lián)機構(gòu)進行了運動學和動力學分析，采用牛頓—歐拉法得出了冗余并聯(lián)機構(gòu)的動力學方程。為了更好地提高系統(tǒng)性能，減小系統(tǒng)內(nèi)部能量損耗，本文以降低主動支腿驅(qū)動力峰值為優(yōu)化目標，冗余支腿上鉸點圓周半徑和冗余驅(qū)動力為變量，針對并聯(lián)機構(gòu)的6種單自由度運動情況、11種雙自由度運動情況及兩種典型運動工況進行了優(yōu)化仿真，分析了主動支腿峰值力的變化情況。仿真結(jié)果顯示，在冗余支腿輸出推力為恒力的情況下，通過選取合適的上鉸點圓周半徑和冗余驅(qū)動力，可以有效的降低主動支腿驅(qū)動力的峰值。確定了冗余支腿上鉸點坐標位置及其出力范圍。為了驗證優(yōu)化結(jié)果的可行性，本文利用Matlab下的SimMechanics工具箱建立了冗余并聯(lián)機構(gòu)的仿真模型，對單自由度、雙自由度等運動情況進行了優(yōu)化結(jié)果的驗證，仿真結(jié)果表明不同的運動情況下峰值力均有不同程度的降低，其降低幅度最小為17.2%，最大至57.63%。 本文采用模糊PID的控制方法實現(xiàn)了冗余六自由度并聯(lián)機構(gòu)的控制，以SimMechanics模型為控制對象搭建了控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)的正弦跟蹤特性及階躍響應(yīng)特性進行了仿真分析，結(jié)果表明模糊PID的控制方法應(yīng)用于并聯(lián)機構(gòu)的控制過程中可取得比較理想的效果。
【關(guān)鍵詞】：冗余驅(qū)動 動力學建模 模糊PID控制 優(yōu)化設(shè)計
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH112
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 課題來源與研究意義10
• 1.2 并聯(lián)機構(gòu)概述10-17
• 1.2.1 并聯(lián)機構(gòu)的發(fā)展10-13
• 1.2.2 并聯(lián)機構(gòu)的特點13-14
• 1.2.3 并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用14-17
• 1.3 并聯(lián)機構(gòu)研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3.1 運動學與動力學分析18
• 1.3.2 控制策略18-20
• 1.3.3 冗余并聯(lián)機構(gòu)研究20-21
• 1.4 本文所做的主要工作21-22
• 第二章 運動學與動力學分析22-31
• 2.1 引言22
• 2.2 并聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及坐標系建立22-24
• 2.3 運動學反解24-26
• 2.4 動力學分析26-28
• 2.5 動力學仿真28-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 位置優(yōu)化與驅(qū)動優(yōu)化31-53
• 3.1 引言31
• 3.2 電動支腿與冗余支腿驅(qū)動原理31-32
• 3.3 優(yōu)化設(shè)計變量32-33
• 3.4 優(yōu)化設(shè)計目標33
• 3.5 位置與驅(qū)動優(yōu)化33-42
• 3.5.1 單自由度運動優(yōu)化仿真33-36
• 3.5.2 兩自由度運動優(yōu)化仿真36-41
• 3.5.3 典型運動工況優(yōu)化仿真41-42
• 3.6 仿真結(jié)果分析42-43
• 3.7 優(yōu)化仿真與對比分析43-52
• 3.8 本章小結(jié)52-53
• 第四章 控制策略研究53-62
• 4.1 引言53
• 4.2 模糊 PID 控制理論53-57
• 4.2.1 常規(guī) PID 控制算法53-54
• 4.2.2 模糊 PID 控制算法54-56
• 4.2.3 模糊 PID 控制器設(shè)計56-57
• 4.3 仿真分析57-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 結(jié)論62-64
• 5.1 本文的主要貢獻62
• 5.2 下一步工作的展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻65-70
• 碩士期間取得的研究成果70-71

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：重載冗余六自由度并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：412931