低速風(fēng)洞繩牽引并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模與控制.pdf

1、為了實(shí)現(xiàn)對(duì)低速風(fēng)洞中飛行器模型的5種單自由度強(qiáng)迫振蕩運(yùn)動(dòng)的控制,論文采用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,展開(kāi)繩牽引并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)和飛行器模型的運(yùn)動(dòng)控制研究,取得了一些有意義的結(jié)果和結(jié)論,如下:
　　首先,對(duì)用于低速風(fēng)洞強(qiáng)迫振蕩實(shí)驗(yàn)的繩牽引并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行說(shuō)明,采用局部坐標(biāo)系和全局坐標(biāo)系描述該機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)型參數(shù)關(guān)系;在此基礎(chǔ)之上,分析了該機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題,為進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析做準(zhǔn)備。由于繩索的彈性對(duì)驅(qū)動(dòng)

2、控制力和飛行器位姿不可忽略,本文將繩索視為無(wú)阻尼線(xiàn)性彈簧。為了滿(mǎn)足強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)的頻率要求,通過(guò)對(duì)繩牽引并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)特性分析,研究機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率,以避免共振,得到滿(mǎn)足強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)要求的繩索的剛度參數(shù),為實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的繩索參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)。
　　其次,對(duì)繩牽引并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,該系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng),求解困難,于是采用專(zhuān)業(yè)的多體動(dòng)力學(xué)軟件 ADAMS建立繩牽引并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模

3、型,首次利用 ADAMS軟件建立以線(xiàn)性彈簧理論為基礎(chǔ)的繩索模型,對(duì)該機(jī)器人機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)建模。采用 ADAMS軟件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真時(shí),飛行器模型能夠基本實(shí)現(xiàn)期望的振蕩運(yùn)動(dòng),但是運(yùn)動(dòng)軌跡存在明顯的波動(dòng)和滯后。
　　再次,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)低速風(fēng)洞中進(jìn)行飛行器模型強(qiáng)迫振蕩運(yùn)動(dòng)的精確控制,交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)末端運(yùn)動(dòng)控制效果的影響不能忽略,建立了該機(jī)器人電機(jī)控制系統(tǒng)模型,并提出了基于永磁同步電機(jī)矢量控制的PI控制策略。由于繩牽引并聯(lián)

4、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)高度耦合的、本質(zhì)非線(xiàn)性系統(tǒng);將基于ADAMS軟件所建立的機(jī)械系統(tǒng)與基于MATLAB/Simulink建立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模型聯(lián)合起來(lái)構(gòu)成機(jī)電耦合系統(tǒng),再采用MATLAB/Simulink建立基于PI控制策略的機(jī)電耦合系統(tǒng)的控制仿真模型并進(jìn)行仿真研究;控制仿真結(jié)果表明,絞盤(pán)轉(zhuǎn)角能夠較好地跟隨期望的角位置指令,飛行器模型的運(yùn)動(dòng)軌跡接近期望軌跡,取得了良好的仿真結(jié)果。
　　最后,搭建了該繩牽引并聯(lián)機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),由