【摘要】：液壓驅動型足式機器人每條腿有多個主動自由度,每個主動自由度一般均安裝一個高集成性的液壓驅動單元,可很大程度上提升機器人關節(jié)驅動的功重比,進而提升機器人整機的負重能力和運動性能。但該類液壓驅動單元多數為節(jié)流型閥控缸系統(tǒng),存在較大的能量損失,降低足式機器人野外工作的續(xù)航能力。泵控系統(tǒng)已具備效率高的優(yōu)勢,但響應速度較差。為了充分利用泵控系統(tǒng)、閥控系統(tǒng)各自的優(yōu)勢,將閥控系統(tǒng)與泵控系統(tǒng)結合以構成一種新型的泵閥復合驅動系統(tǒng),既可有效地降低系統(tǒng)的能量損耗,又能保證機器人關節(jié)液壓驅動單元響應速度和響應精度滿足機器人性能需求,這有助于保證機器人在不同行走步態(tài)下的綜合控制性能,并提升機器人的續(xù)航能力。泵閥復合驅動控制系統(tǒng)具有液壓系統(tǒng)的共性問題,還引入了多輸入變量協(xié)調控制問題,無疑加大了機器人各關節(jié)液壓驅動單元的高精度高響應力控制難度。力控制是機器人液壓液壓驅動系統(tǒng)的核心控制方法之一,為了能從根本上解決機器人泵閥復合驅動力控制問題,本文重點開展以下研究工作:(1)建立泵閥復合驅動力控系統(tǒng)數學建模及仿真模型。針對機器人關節(jié)液壓驅動單元節(jié)能且高精度高響應的需求,設計一種泵閥復合驅動力控系統(tǒng),并詳細介紹該系統(tǒng)組成及其工作原理。建立泵閥復合驅動力控系統(tǒng)中關鍵元件數學模型,進而得到力控系統(tǒng)整體數學模型,通過MATLAB/Simulink仿真平臺,分別構建伺服電機、齒輪泵、補油泄油環(huán)節(jié)等子模型,將其組成完整的泵閥復合驅動力控系統(tǒng)仿真模型,通過仿真分析該方案的可行性及性能。(2)研究負載補償與跟蹤誤差補償結合的力控制方法。為推導力控系統(tǒng)補償控制數學模型,根據泵閥復合驅動力控系統(tǒng)的組成特點,對系統(tǒng)整體數學模型進行拆分,得到泵控回路力控系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數和閥控回路壓力控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數。分別從泵控回路與閥控回路考慮,研究各回路控制方法,具體包括跟蹤誤差補償控制方法和負載補償控制方法,將泵控回路與閥控回路控制方法結合起來,構成泵閥復合驅動力控系統(tǒng)的復合力控方法,最后通過仿真分析所設計的控制方法的可行性及控制效果。(3)研究定量反饋與干擾力矩觀測器結合的力控制方法。將力控系統(tǒng)中的泵控回路數學模型進行簡化,得到簡化后力控系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數,確定其不確定性模型,并設計定量反饋控制器,以提高該力控系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。為減小干擾力矩對伺服電機控制性能的影響,設計干擾力矩觀測器,以提高伺服電機的抗擾能力,有助于提升系統(tǒng)整體的控制性能。最后,通過仿真分析QFT-DLOC控制方法的效果。(4)搭建泵閥復合驅動力控系統(tǒng)性能測試實驗平臺,開展力控制系統(tǒng)的相關實驗研究,驗證原理可行性及控制方法的補償效果。詳細介紹泵閥復合驅動力控系統(tǒng)測試實驗平臺組成,通過實驗工況驗證該系統(tǒng)原理的正確性,在此基礎上,分別驗證跟蹤誤差補償和負載補償結合的的復合控制方法、QFT-DLOC控制方法的可行性,并定量分析各控制方法補償效果。實驗結果表明,所設計的基于泵閥復合驅動力控系統(tǒng)非線性模型的負載補償控制方法有效抑制外位置干擾對力控系統(tǒng)跟隨精度的影響,跟蹤誤差補償控制器可有效提高力控系統(tǒng)的跟隨精度;所設計的QFT-DLOC控制方法,可提升力控系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。
【圖文】：

006年的BigDog

008年的BigDog
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：2708861