發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 02:21

【摘要】：液壓驅(qū)動(dòng)型足式機(jī)器人每條腿有多個(gè)主動(dòng)自由度,每個(gè)主動(dòng)自由度一般均安裝一個(gè)高集成性的液壓驅(qū)動(dòng)單元,可很大程度上提升機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的功重比,進(jìn)而提升機(jī)器人整機(jī)的負(fù)重能力和運(yùn)動(dòng)性能。但該類液壓驅(qū)動(dòng)單元多數(shù)為節(jié)流型閥控缸系統(tǒng),存在較大的能量損失,降低足式機(jī)器人野外工作的續(xù)航能力。泵控系統(tǒng)已具備效率高的優(yōu)勢,但響應(yīng)速度較差。為了充分利用泵控系統(tǒng)、閥控系統(tǒng)各自的優(yōu)勢,將閥控系統(tǒng)與泵控系統(tǒng)結(jié)合以構(gòu)成一種新型的泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),既可有效地降低系統(tǒng)的能量損耗,又能保證機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)單元響應(yīng)速度和響應(yīng)精度滿足機(jī)器人性能需求,這有助于保證機(jī)器人在不同行走步態(tài)下的綜合控制性能,并提升機(jī)器人的續(xù)航能力。泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)具有液壓系統(tǒng)的共性問題,還引入了多輸入變量協(xié)調(diào)控制問題,無疑加大了機(jī)器人各關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)單元的高精度高響應(yīng)力控制難度。力控制是機(jī)器人液壓液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心控制方法之一,為了能從根本上解決機(jī)器人泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)力控制問題,本文重點(diǎn)開展以下研究工作:(1)建立泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)力控系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模及仿真模型。針對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)單元節(jié)能且高精度高響應(yīng)的需求,設(shè)計(jì)一種泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)力控系統(tǒng),并詳細(xì)介紹該系統(tǒng)組成及其工作原理。建立泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)力控系統(tǒng)中關(guān)鍵元件數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而得到力控系統(tǒng)整體數(shù)學(xué)模型,通過MATLAB/Simulink仿真平臺(tái),分別構(gòu)建伺服電機(jī)、齒輪泵、補(bǔ)油泄油環(huán)節(jié)等子模型,將其組成完整的泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)力控系統(tǒng)仿真模型,通過仿真分析該方案的可行性及性能。(2)研究負(fù)載補(bǔ)償與跟蹤誤差補(bǔ)償結(jié)合的力控制方法。為推導(dǎo)力控系統(tǒng)補(bǔ)償控制數(shù)學(xué)模型,根據(jù)泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)力控系統(tǒng)的組成特點(diǎn),對(duì)系統(tǒng)整體數(shù)學(xué)模型進(jìn)行拆分,得到泵控回路力控系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)和閥控回路壓力控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)。分別從泵控回路與閥控回路考慮,研究各回路控制方法,具體包括跟蹤誤差補(bǔ)償控制方法和負(fù)載補(bǔ)償控制方法,將泵控回路與閥控回路控制方法結(jié)合起來,構(gòu)成泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)力控系統(tǒng)的復(fù)合力控方法,最后通過仿真分析所設(shè)計(jì)的控制方法的可行性及控制效果。(3)研究定量反饋與干擾力矩觀測器結(jié)合的力控制方法。將力控系統(tǒng)中的泵控回路數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化,得到簡化后力控系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù),確定其不確定性模型,并設(shè)計(jì)定量反饋控制器,以提高該力控系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。為減小干擾力矩對(duì)伺服電機(jī)控制性能的影響,設(shè)計(jì)干擾力矩觀測器,以提高伺服電機(jī)的抗擾能力,有助于提升系統(tǒng)整體的控制性能。最后,通過仿真分析QFT-DLOC控制方法的效果。(4)搭建泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)力控系統(tǒng)性能測試實(shí)驗(yàn)平臺(tái),開展力控制系統(tǒng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證原理可行性及控制方法的補(bǔ)償效果。詳細(xì)介紹泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)力控系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)組成,通過實(shí)驗(yàn)工況驗(yàn)證該系統(tǒng)原理的正確性,在此基礎(chǔ)上,分別驗(yàn)證跟蹤誤差補(bǔ)償和負(fù)載補(bǔ)償結(jié)合的的復(fù)合控制方法、QFT-DLOC控制方法的可行性,并定量分析各控制方法補(bǔ)償效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的基于泵閥復(fù)合驅(qū)動(dòng)力控系統(tǒng)非線性模型的負(fù)載補(bǔ)償控制方法有效抑制外位置干擾對(duì)力控系統(tǒng)跟隨精度的影響,跟蹤誤差補(bǔ)償控制器可有效提高力控系統(tǒng)的跟隨精度;所設(shè)計(jì)的QFT-DLOC控制方法,可提升力控系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。
【圖文】：

006年的BigDog

008年的BigDog
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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1 丁良宏;;BigDog四足機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)分析[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2015年07期

2 徐兵;丁孺琦;張軍輝;;基于泵閥聯(lián)合控制的負(fù)載口獨(dú)立系統(tǒng)試驗(yàn)研究[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2015年01期

3 張明;楊衛(wèi)東;;軋機(jī)液壓厚度控制系統(tǒng)的定量反饋優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];機(jī)床與液壓;2012年05期

4 江輝軍;安玉嬌;袁朝輝;;飛機(jī)液壓系統(tǒng)流量壓力負(fù)載模擬[J];航空學(xué)報(bào);2011年07期

5 張紅娟;權(quán)龍;程珩;;永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵控缸系統(tǒng)抗擾研究[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2010年33期

6 康榮杰;焦宗夏;王少萍;陳麗莎;;基于能量調(diào)節(jié)的電動(dòng)靜液作動(dòng)器設(shè)計(jì)與仿真(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2009年06期

7 康榮杰;焦宗夏;Jean Charles Mare;尚耀星;吳帥;;電動(dòng)靜液作動(dòng)器非線性框圖建模與魯棒控制方法[J];航空學(xué)報(bào);2009年03期

8 齊海濤;付永領(lǐng);王占林;;泵閥協(xié)調(diào)控制電動(dòng)靜液作動(dòng)器方案分析[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2008年02期

9 紀(jì)友哲;裘麗華;王占林;;閥泵聯(lián)合電動(dòng)靜液作動(dòng)器的變壓力控制研究[J];機(jī)床與液壓;2008年01期

10 王田苗;國家863計(jì)劃先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域機(jī)器人技術(shù)主題發(fā)展戰(zhàn)略的若干思考[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2002年03期

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1 蔣振宇;基于SLIP模型的四足機(jī)器人對(duì)角小跑步態(tài)控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 李華師;四足機(jī)器人仿生運(yùn)動(dòng)控制理論與方法的研究[D];北京理工大學(xué);2014年

3 王海燕;液壓驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制[D];山東大學(xué);2014年

4 榮學(xué)文;SCalf液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析[D];山東大學(xué);2013年

5 蘇文海;直驅(qū)式電液伺服轉(zhuǎn)葉舵機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及其控制系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

6 吳博;基于定量反饋理論的飛行模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

7 方強(qiáng);被動(dòng)式力矩伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

8 鄭子文;超精密機(jī)床伺服控制技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2001年

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5 謝文;串聯(lián)式泵閥協(xié)控電液伺服控制系統(tǒng)研究[D];北京理工大學(xué);2015年

6 鄧?yán)杳?四足小象機(jī)器人實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D];上海交通大學(xué);2014年

7 宋金澤;仿人機(jī)器人底層控制器設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)綜合調(diào)試[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2003年

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本文編號(hào)：2708861