本文關鍵詞：激光聚集小型三自由度并聯(lián)機構分析及控制策略研究

  更多相關文章： 激光聚焦 3-PRS并聯(lián)機構 運動學 動力學 控制策略 聯(lián)合仿真

【摘要】：本文以863項目子課題“XX激光調(diào)焦XX”為背景,對用于激光調(diào)焦的次鏡支撐機械系統(tǒng)——三自由度并聯(lián)機構——的運動學、動力學及控制策略進行分析。首先,提出了用非壓電陶瓷驅動的小型3-PRS結構的并聯(lián)機器人來支撐次鏡的方案,之后對該機構進行三維建模,以傳統(tǒng)Z-X-Y歐拉角描述了該機動平臺位姿,并利用該機構的閉環(huán)矢量式求解獲得其運動學正反解方程及受限速度雅克比矩陣。利用多剛體動力學軟件ADAMS,應用極限邊界搜索算法對該機構的可達工作空間進行了定量分析。結合小型3-PRS機構的特征,定性分析了該機構在工作空間內(nèi)的奇異性,并通過結構設計給出了消除奇異性的方法,從而為該機構的運動學設計奠定了良好的基礎其次,對小型3-PRS機構進行了動力學建模。提出了一種簡化假設方法——質(zhì)量因子,即將連接桿的質(zhì)量分布到桿的兩端。通過在ADAMS中對虛擬模型的仿真和利用虛功原理建立的數(shù)學模型對比分析,得出了該結構連接桿的質(zhì)量分布因子優(yōu)化解。對絲杠系統(tǒng)及連桿進行了簡單的剛度建模,在ADAMS中,對機構進行了固有頻率的仿真分析。最后,在運動學分析及動力學分析的基礎上,提出了PID控制、計算力/力矩控制及自適應控制方法,通過ADAMS/Control和MATLAB/Simulink聯(lián)合仿真,對比分析了適合小型3-PRS機構的控制方法,并定量給出了機構的理論控制精度。最后,將該機構應用于實際光路系統(tǒng),測量了兩種控制方案下該機構控制的調(diào)焦次鏡對聚焦光斑性能的影響。仿真結果充分證明了該機構完全滿足支撐激光聚焦次鏡結構的設計要求。
【關鍵詞】：激光聚焦 3-PRS并聯(lián)機構 運動學 動力學 控制策略 聯(lián)合仿真
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH112
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 課題來源及研究意義12-14
• 1.2 并聯(lián)機構概述14-17
• 1.3 三自由度并聯(lián)機構的研究現(xiàn)狀17-25
• 1.3.1 機械結構的設計18-21
• 1.3.2 運動學分析21-23
• 1.3.3 精度分析：機械誤差分析23
• 1.3.4 動力學建模23-24
• 1.3.5 剛度和固有頻率研究24
• 1.3.6 控制策略研究24-25
• 1.4 主要研究內(nèi)容25-26
• 第2章 小型三自由度并聯(lián)機構運動學分析26-42
• 2.1 小型 3-PRS機構描述26-34
• 2.1.1 伴生運動29-32
• 2.1.2 雅克比矩陣32-34
• 2.2 運動學正反解34-35
• 2.2.1 逆運動學分析34-35
• 2.2.2 正向運動學分析35
• 2.3 工作空間分析35-39
• 2.4 奇異性分析39-40
• 2.4.1 確定奇異位形類型39-40
• 2.4.2 結構設計消除奇異性40
• 2.5 本章小結40-42
• 第3章 小型三自由度并聯(lián)機構動力學分析42-54
• 3.1 虛功原理42-43
• 3.2 動力學模型43-45
• 3.2.1 簡化假設43
• 3.2.2 動力學建模43-45
• 3.3 動力學仿真45-52
• 3.3.1 簡化假設的量化45-48
• 3.3.2 固有頻率48-52
• 3.4 本章小結52-54
• 第4章 控制策略研究54-74
• 4.1 控制理論基本概念54-55
• 4.2 PID控制策略55-58
• 4.3 基于逆動力學模型的計算力/力矩控制策略(Computed force control,CFC)58-60
• 4.4 自適應控制系統(tǒng)（passivity-based control,PBC）60-63
• 4.5 聯(lián)合仿真及結果討論63-67
• 4.6 聚焦系統(tǒng)應用分析67-71
• 4.6.1 CTC控制方案下的激光聚焦性能67-69
• 4.6.2 PBC控制方案下的聚焦性能69-71
• 4.6.3 兩種控制方案的對比71
• 4.7 本章小結71-74
• 第5章 總結與展望74-76
• 5.1 完成工作總結74-75
• 5.2 后續(xù)工作展望75-76
• 參考文獻76-85
• 在學期間學術成果情況85-86
• 指導教師及作者簡介86-87
• 致謝87-88

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本文編號：840721