基于四桿機構(gòu)的協(xié)同優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著社會發(fā)展和工程應(yīng)用要求的不斷提高，現(xiàn)代機械產(chǎn)品越來越朝著機電一體化的方向發(fā)展，同時，對機械產(chǎn)品的運動精度、控制穩(wěn)定性和零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計等方面也提出了更高的要求。一方面，由于機電一體化產(chǎn)品是一個機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)強耦合的綜合系統(tǒng)，其所包含的機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)之間相互影響，兩者之間模型參數(shù)是否能夠有效匹配，直接影響到系統(tǒng)的整體性能表現(xiàn)。另一方面，系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)和控制系統(tǒng)參數(shù)的改變會對機構(gòu)性能產(chǎn)生影響，當具體到機構(gòu)中某個關(guān)鍵零件時，這種

2、影響成為不可忽略的因素，進而影響到零件的受載情況和優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。
　　傳統(tǒng)的設(shè)計方法不能很好的兼顧機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系，不能全面考慮機械系統(tǒng)動力學(xué)模型、控制系統(tǒng)參數(shù)和零件結(jié)構(gòu)拓撲之間的相互影響，很難滿足實際的設(shè)計要求。因此，在機電產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程中，綜合考慮機械系統(tǒng)動力學(xué)模型、控制系統(tǒng)參數(shù)與零件結(jié)構(gòu)拓撲之間的關(guān)系十分必要，這對于機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)和零件優(yōu)化設(shè)計有著重要的意義。針對上述問題，本文以受控四桿機構(gòu)為研

3、究對象，基于機電聯(lián)合仿真，給出了在一個優(yōu)化環(huán)節(jié)中同時考慮機械系統(tǒng)動力學(xué)模型、控制系統(tǒng)參數(shù)和零件結(jié)構(gòu)拓撲的協(xié)同優(yōu)化流程。
　　首先，在ADAMS軟件中建立四桿機構(gòu)的剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型，分析了動力學(xué)模型參數(shù)改變對機構(gòu)性能的影響，并在此基礎(chǔ)上對動力學(xué)模型進行了優(yōu)化，得到新的動力學(xué)模型。然后，在 MATLAB/Simulink中建立四桿機構(gòu)的控制系統(tǒng)模型，輸入階躍信號，利用工程常用的試湊法，以系統(tǒng)快速響應(yīng)為目標對控制器參數(shù)進行優(yōu)化，得到與

4、機械系統(tǒng)相匹配的控制系統(tǒng)模型。最后，搭建 ADAMS與MATLAB/Simulink的聯(lián)合仿真平臺，根據(jù)機械系統(tǒng)動力學(xué)模型是否優(yōu)化和控制系統(tǒng)參數(shù)是否優(yōu)化組合成四種不同情況，分別進行聯(lián)合仿真分析，得到柔性連桿臂的應(yīng)變能和時間載荷歷程，并通過 OPTISTRUCT對連桿臂進行拓撲優(yōu)化。
　　對比機構(gòu)動力學(xué)性能、控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線、連桿臂拓撲優(yōu)化結(jié)果以及應(yīng)變能曲線，驗證優(yōu)化后的效果。本文通過對受控四桿機構(gòu)的分析研究，實現(xiàn)了對機構(gòu)動力學(xué)模型