本文關(guān)鍵詞：六索并聯(lián)機(jī)器人控制算法研究

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【摘要】：500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡的饋源支撐系統(tǒng)采用柔索代替了連桿傳動,使其同時具有了并聯(lián)結(jié)構(gòu)和柔索驅(qū)動的優(yōu)點,不僅有很高的精度和負(fù)載能力而且可以在較大的工作空間內(nèi)運(yùn)動。六根柔索之間具有一定的耦合作用,并且百米級的柔索其自重是無法忽略的,同時大尺度的牽引運(yùn)動容易受到風(fēng)載等外界環(huán)境的干擾。因此,從控制角度來說,饋源支撐系統(tǒng)是一個多變量、時變、非線性、具有耦合作用的系統(tǒng)。本文將對饋源支撐系統(tǒng)的動力學(xué)特性以及控制方法控制策略進(jìn)行分析研究。針對饋源支撐系統(tǒng),首先對其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析,將六根柔索形成的懸鏈線模型簡化成為直線。在此基礎(chǔ)上利用拉格朗日第二類方程對饋源支撐系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析。然后利用MATLAB軟件對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真,從而驗證了模型的合理性,從而對實現(xiàn)大射電望遠(yuǎn)鏡饋源支撐系統(tǒng)軌跡跟蹤的精確控制奠定基礎(chǔ)。針對饋源支撐系統(tǒng)的強(qiáng)耦合、時變性、多變量等特點,并且在饋源艙運(yùn)行過程中容易受到風(fēng)載等外界環(huán)境的擾動等的影響產(chǎn)生誤差。本文采用分散控制的策略來實現(xiàn)對饋源艙軌跡的跟蹤控制。同時,在饋源支撐系統(tǒng)六個柔索子系統(tǒng)中提出了非線性自適應(yīng)交互PID控制策略,來實現(xiàn)對饋源支撐系統(tǒng)軌跡跟蹤的精確控制。此控制策略以傳統(tǒng)PID控制算法為基礎(chǔ),通過與自適應(yīng)交互理論相結(jié)合形成自適應(yīng)交互PID控制策略,從而可以根據(jù)系統(tǒng)誤差對PID控制算法的三個參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。同時,結(jié)合非線性PID控制算法,緩解系統(tǒng)靜態(tài)性能與動態(tài)性能之間以及穩(wěn)定性與控制性能之間的矛盾。通過編寫并運(yùn)行MATLAB程序,得出在相同干擾序列情況下,相較于傳統(tǒng)PID控制算法,在使用非線性自適應(yīng)交互PID控制算法時,最大誤差是前者的23%。在3m模型試驗中,AB軸交點位置誤差的最大值的均值是前者的36.1%,響應(yīng)時間是前者的65.5%。驗證了非線性自適應(yīng)交互PID控制算法與傳統(tǒng)PID控制算法相比,有更快的響應(yīng)速度、更小的超調(diào)量、更高的魯棒性能,更適合饋源支撐系統(tǒng)的跟蹤控制。同時,非線性自適應(yīng)交互PID控制算法也可用于類似的柔索驅(qū)動系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】：饋源支撐系統(tǒng) 動力學(xué)建模 PID控制 自適應(yīng)交互理論 MATLAB仿真
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景9-10
• 1.2 機(jī)器人技術(shù)研究發(fā)展概況10-16
• 1.2.1 機(jī)器人研究概況10-12
• 1.2.2 柔索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.3 柔索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人控制的研究現(xiàn)狀16
• 1.3 FAST工程饋源支撐系統(tǒng)及技術(shù)指標(biāo)介紹16-18
• 1.3.1 饋源支撐系統(tǒng)介紹16-17
• 1.3.2 饋源艙及柔索驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)17-18
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 六索并聯(lián)機(jī)器人動力學(xué)建模與分析19-39
• 2.1 引言19
• 2.2 柔索驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)分析19-27
• 2.2.1 柔索驅(qū)動系統(tǒng)19-22
• 2.2.2 數(shù)學(xué)模型中的矢量分解22-24
• 2.2.3 柔索驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)建模24-27
• 2.3 柔索驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)分析27-32
• 2.4 出繩量的計算與位姿數(shù)據(jù)的反求32-35
• 2.4.1 出繩量的計算與程序框圖32-33
• 2.4.2 位姿數(shù)據(jù)的反求與程序框圖33-35
• 2.5 數(shù)學(xué)模型的分析與討論35-37
• 2.6 本章小結(jié)37-39
• 第3章 非線性自適應(yīng)交互PID控制算法研究39-55
• 3.1 引言39
• 3.2 FAST工程艙索控制系統(tǒng)39-42
• 3.3 傳統(tǒng)PID控制策略研究42-46
• 3.3.1 PID控制策略介紹42-43
• 3.3.2 數(shù)字PID控制算法43-46
• 3.4 自適應(yīng)PID控制算法研究46-52
• 3.4.1 自適應(yīng)控制46-47
• 3.4.2 自適應(yīng)控制與PID控制的結(jié)合47-49
• 3.4.3 自適應(yīng)交互PID控制算法49-52
• 3.5 非線性PID控制算法52-53
• 3.6 本章小結(jié)53-55
• 第4章 數(shù)值仿真與 3m模型試驗55-75
• 4.1 MATLAB軟件介紹55
• 4.2 饋源支撐系統(tǒng)仿真流程設(shè)計55-61
• 4.3 數(shù)值仿真結(jié)果與分析61-69
• 4.4 3m模型試驗69-75
• 第5章 結(jié)論與展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-83
• 致謝83

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