低速風洞繩牽引并聯(lián)機器人的動力學建模與控制.pdf

1、為了實現(xiàn)對低速風洞中飛行器模型的5種單自由度強迫振蕩運動的控制,論文采用理論分析和實驗研究相結合的方法,展開繩牽引并聯(lián)機器人系統(tǒng)的動力學和飛行器模型的運動控制研究,取得了一些有意義的結果和結論,如下:
　　首先,對用于低速風洞強迫振蕩實驗的繩牽引并聯(lián)機器人的機構系統(tǒng)的工作原理進行說明,采用局部坐標系和全局坐標系描述該機構系統(tǒng)的構型參數(shù)關系;在此基礎之上,分析了該機構系統(tǒng)的運動學問題,為進行系統(tǒng)動力學分析做準備。由于繩索的彈性對驅動

2、控制力和飛行器位姿不可忽略,本文將繩索視為無阻尼線性彈簧。為了滿足強迫振蕩試驗的頻率要求,通過對繩牽引并聯(lián)機器人系統(tǒng)的機構系統(tǒng)進行振動特性分析,研究機構系統(tǒng)的固有頻率,以避免共振,得到滿足強迫振蕩試驗要求的繩索的剛度參數(shù),為實驗樣機的繩索參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)。
　　其次,對繩牽引并聯(lián)機器人機械系統(tǒng)進行動力學分析,該系統(tǒng)是一個復雜的非線性系統(tǒng),求解困難,于是采用專業(yè)的多體動力學軟件 ADAMS建立繩牽引并聯(lián)機器人的機械系統(tǒng)動力學模

3、型,首次利用 ADAMS軟件建立以線性彈簧理論為基礎的繩索模型,對該機器人機構系統(tǒng)進行剛柔耦合多體動力學建模。采用 ADAMS軟件進行動力學仿真時,飛行器模型能夠基本實現(xiàn)期望的振蕩運動,但是運動軌跡存在明顯的波動和滯后。
　　再次,為了實現(xiàn)對低速風洞中進行飛行器模型強迫振蕩運動的精確控制,交流伺服驅動系統(tǒng)對末端運動控制效果的影響不能忽略,建立了該機器人電機控制系統(tǒng)模型,并提出了基于永磁同步電機矢量控制的PI控制策略。由于繩牽引并聯(lián)

4、機器人動力學系統(tǒng)是一個高度耦合的、本質非線性系統(tǒng);將基于ADAMS軟件所建立的機械系統(tǒng)與基于MATLAB/Simulink建立的電機驅動控制模型聯(lián)合起來構成機電耦合系統(tǒng),再采用MATLAB/Simulink建立基于PI控制策略的機電耦合系統(tǒng)的控制仿真模型并進行仿真研究;控制仿真結果表明,絞盤轉角能夠較好地跟隨期望的角位置指令,飛行器模型的運動軌跡接近期望軌跡,取得了良好的仿真結果。
　　最后,搭建了該繩牽引并聯(lián)機器人的實驗樣機,由