柔性平面連桿的結(jié)構(gòu)控制一體化設(shè)計(jì).pdf

1、機(jī)電系統(tǒng)的開發(fā)一般是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)兩個(gè)部分來完成的。傳統(tǒng)上，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后才進(jìn)行的。機(jī)械工程師根據(jù)工作空間、負(fù)載等要求設(shè)計(jì)出機(jī)械結(jié)構(gòu),然后控制工程師基于現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制器以達(dá)到系統(tǒng)的性能要求,如軌跡跟蹤精度、調(diào)整時(shí)間、超調(diào)量等。現(xiàn)代工業(yè)對(duì)機(jī)電裝備的高加速度、高精度提出了越來越嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已很難滿足不斷增長(zhǎng)的性能需求。同時(shí)有實(shí)驗(yàn)表明,結(jié)構(gòu)和控制參數(shù)之間存在耦合,一體化設(shè)計(jì)方法被認(rèn)為優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

2、,是進(jìn)一步提高機(jī)電系統(tǒng)性能的有效途徑。
　　本文對(duì)平面柔性連桿機(jī)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì),提出了一個(gè)通用的框架。以五桿機(jī)構(gòu)為例,介紹了一體化設(shè)計(jì)的流程。首先,分析了機(jī)構(gòu)的正反運(yùn)動(dòng)學(xué)、奇異性、工作空間,根據(jù)工作空間、操作靈巧性等要求確定各個(gè)桿件的長(zhǎng)度。接著,用有限單元法把桿件離散化,采用拉格朗日方程建立柔性機(jī)構(gòu)的柔性多體動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)于并聯(lián)機(jī)構(gòu),由于存在有一個(gè)或者多個(gè)閉鏈,在動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)值求解過程中,會(huì)出現(xiàn)約束違約現(xiàn)象,采用有效的方法對(duì)之進(jìn)

3、行實(shí)時(shí)校正,從而得到了具有較高精度的數(shù)值解。在閉環(huán)系統(tǒng)中采用比例-微分控制策略,選定優(yōu)化變量、性能指標(biāo)和優(yōu)化約束后,建立結(jié)構(gòu)控制一體化問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。遺傳算法被用來求解這個(gè)高度非線性約束優(yōu)化問題。最后,分別以點(diǎn)位和軌跡跟蹤為例,把連桿截面結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制器參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量,對(duì)柔性五桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果顯示,一體化設(shè)計(jì)方法得到的系統(tǒng)比原系統(tǒng)調(diào)整時(shí)間縮短了20％以上，最大軌跡跟蹤誤差降低了接近一半。這證實(shí)了一體化設(shè)計(jì)是進(jìn)一