收藏本站
《合肥工业大学》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多轴运动下的轮廓跟踪误差控制与补偿方法研究

肖本贤  
【摘要】:作为机器人技术中的核心技术之一,智能控制技术在现代机器人的研究中有着举足轻重的作用,对它们进行研究具有重要的理论意义和现实意义。论文针对机器人多轴轨迹运动控制中存在的跟踪误差和轮廓误差进行了一定程度上的分析,并以两轴系统的数学模型为基础,提出了相关的补偿方法。与传统的方法相比,它并没有改变原系统控制结构,只是在原系统独立轴控制环的基础上,再加上一前馈补偿或耦合补偿机制,这在一定程度上克服了多轴运动不可预见性的缺点,并取得一定的效果。 论文主要研究如下: 1.论文首先介绍了研究背景,并以通用机械手为对象,结合PUMA机器人控制器设计和改造经验,借鉴其系统结构和关节电机数学模型和控制方式,给出了机器人单关节数学模型。 2.论文第二章以简化的位置伺服系统数学模型为基础,讨论了运动轨迹系统的伺服增益设计与轮廓误差的关系。在此基础上,通过求解微分方程,详细分析了伺服系统动特性对两轴运动的轮廓误差的影响规律,得出一些有用的结论。 3.运动控制系统不同轴的动态特性的差异是造成系统轮廓误差较大的主要原因。论文第三章旨在为系统每个轴设计一个高性能的前馈补偿器,用以改善每个轴的动态特性,使不同轴相互匹配。由于前馈补偿器的传递函数通常具有二阶或二阶以上微分环节,物理实现较困难,文章利用神经网络辨识系统的控制对象逆模型作为前馈补偿器,很好地解决了该问题;在具体实现时论文利用两种神经网络来辨识控制对象的逆模型,作为运动控制系统的前馈控制模块加入控制系统。第一种神经网络是具有一个隐层的动态前向BP网络,第二种是基于线性系统动态方程的线性状态神经网络。 4.神经网络快速训练算法的研究一直是人们所关注的问题之一。经过分析与研究,遗传算法是一种全局并行随机搜索优化算法,具有很强的全局搜索能力;而BP算法的局部搜索能力较强,论文将两者融合起来,形成一种混合遗传算法作为神经网络的学习算法,它可以综合两种算法的优点,取长补短,同时就混合遗传算法的原理及混合遗传算法在实现时所涉及到的许多策略问题进行了分析与总结,并与BP算法进行了对比,仿真结果表明它具有收敛速度快和不会陷入局部极小的特点。 5.论文第四章重点论述了模糊神经网络控制器的结构、特点以及学习方法。将神经网络和模糊控制相结合,构成模糊——神经网络系统,是当前人们关注的最新控制策略研究方向之一。模糊神经网络的主要特点是:它能自动识别模糊逻辑规则、整定隶属度函数和相关参数;与普通的神经网络不同,模糊逻辑神经网络中的各个参数都具有明确的物理意义。 合肥工业大学博士学位论文 6.对多轴运动进行交叉祸合控制是补偿和减少轮廓跟踪误差的另一种方法,而且更具 有其合理性。论文第五章提出了基于模糊神经网络的轮廓误差交叉祸合补偿方法,并说明 其补偿器的原理、算法及实现。该法在不改变多轴轨迹系统中各单轴位置环的前提下,根 据系统的轮廓误差,通过模糊神经网络的自学习能力动态向各轴提供针对轮廓误差的补偿 信息,以使各轴的跟踪误差及控制作用相互制约和影响,这有利于解决各轴之间增益不匹 配、动态不匹配和各轴不可预见性问题。从控制的角度看,通过祸合轮廓误差补偿的方法 改善系统轮廓精度的实质是将系统的轮廓误差由开环控制变闭环控制。 7.论文第六章针对多轴运动的轮廓误差,提出了一种新的轮廓误差控制方法,即从干 扰的角度对轮廓误差进行直接和祸合的控制。该方法通过构造干扰观测器来预测各单轴系 统的内部和外部干扰,并根据预测到的干扰信息对各轴进行各自补偿和交叉祸合补偿以消 除干扰对系统的影响。第一种方法是针对各独立轴采用了基于干扰观测器的PID控制策略, 用以改善每个轴的动态特性;后一种方法实质也是将系统的轮廓误差由开环控制变为闭环 控制,并采用模糊神经网络对观测到的干扰信号进行动态分配,依据轮廓误差祸合控制思 想补偿到各轴,而文章采用遗传算法对网络进行训练可加快网络训练速度,且不易陷入局 部极小。 论文重点提出的三种策略“基于神经网络的轮廓误差复合控制”、“基于模糊神经网络 的轮廓误差附加补偿控制”以及“基于干扰观测器的轮廓误差祸合控制”均是针对连续轨 迹控制系统中出现的轮廓误差这个共性问题,借鉴前人在运动控制系统轮廓控制方面的研 究成果,结合作者多年从事运动控制系统研究以来所取得的心得体会综合而成,以补偿控 制为重点。仿真结果表明上述方法都可以有效地减小运动控制系统的轮廓误差,其控制策 略具有一定的新颖性和先进性。 关键词:多轴运动控制;机器人;伺服增益;伺服系统动态特性;跟踪误差;轮廓误差; 复合控制;神经网络;训练算法;遗传算法;逆模型;模糊神经网络;交叉祸合控制;干 扰观测器;动态分配;附加补偿器;仿真研究
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP242

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋宝,周云飞;多运动轴协同控制的研究[J];机床与液压;2004年10期
2 王高;柳宁;谢存禧;;插补轨迹预补偿交叉耦合控制算法研究[J];微计算机信息;2008年10期
3 王广炎,张润孝,帅梅,王小椿;数控机床的轮廓误差的控制[J];机床与液压;1999年06期
4 张福荣;李志梅;邓朝结;;利用伺服系统的前馈功能消除轮廓误差[J];农业机械;2005年06期
5 吴海,于锡纯,徐心和;基于轮廓最优预见的机床进给伺服控制研究[J];中国机械工程;1998年09期
6 虞文华;具有间隙非线性的伺服进给系统对轮廓加工误差的影响机理[J];浙江大学学报(工学版);1999年06期
7 肖本贤,郭福权,邓红辉,王群京;基于干扰观测器的轮廓误差耦合控制研究[J];系统仿真学报;2004年04期
8 于洋;张为民;来燕菁;;PLC在数控机床轮廓误差控制中的应用[J];制造业自动化;2011年13期
9 孙建仁;胡赤兵;把明儒;;CNC机床伺服系统跟随误差与轮廓误差分析[J];现代制造工程;2010年12期
10 王波,董申,赵万生;光学曲面超精密车削过程中的轮廓误差补偿控制方法[J];计算机辅助设计与制造;1999年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 章俊杰;;一种伺服弹性数学模型的修正方法[A];第八届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2003年
2 章俊杰;;某型飞机的全机地面结构模态耦合试验研究[A];第八届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2003年
3 宋宝;周云飞;;多运动轴协同控制的研究[A];机床与液压学术研讨会论文集[C];2004年
4 宋宝;周云飞;;多运动轴协同控制的研究[A];第三届全国流体传动及控制工程学术会议论文集(第二卷)[C];2004年
5 刘泽强;王栋;王光明;;小羚羊直升机排故分析[A];第四届长三角科技论坛航空航天与长三角经济发展分论坛暨第三届全国航空维修技术学术年会论文集[C];2007年
6 吴海;于锡纯;徐心和;;CNC机床控制系统的误差分析[A];1997年中国控制会议论文集[C];1997年
7 梁海泉;樊荣;;头尾削尖技术在PQF轧机上的应用[A];2006年全国轧钢生产技术会议文集[C];2006年
8 徐永谦;张昱;程韬波;王笑丹;;基于全数字伺服控制单元的运动控制算法的研究[A];04'中国企业自动化和信息化建设论坛暨中南六省区自动化学会学术年会专辑[C];2004年
9 王艳;雷海东;余钫;李超;金鑫;陈智勇;鲁道邦;裘晓俊;陈云起;管妮娜;左毅力;朱熙文;盛荣武;;铷原子标准频率产生器及相关技术[A];2005年全国时间频率学术交流会文集[C];2005年
10 高厚明;;基于卫星网的通信指挥车在应急通信领域的应用[A];卫星移动通信研讨会资料汇编[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;贺十八所所厂联合十周年 伺服专业发展五十周年[N];中国航天报;2010年
2 本报记者 胡启林;埃斯顿:立志突破高端伺服瓶颈[N];中国工业报;2008年
3 华平;伺服吹瓶机引领吹瓶机行业走向节能环保[N];华夏酒报;2009年
4 闻瞻;伺服技术研究所伺服领域成果丰[N];中国航天报;2001年
5 湖北 夏凌;慎用R×10k挡测伺服电路[N];电子报;2007年
6 孙丽嘉;蓝光影碟机伺服功能首次单芯片化[N];中国电子报;2008年
7 江西 曾海萍;万利达N30型VCD机不读碟故障检修[N];电子报;2005年
8 张黎;Nilpeter推出MO-3300窄幅轮转印刷机[N];中国包装报;2007年
9 李冬;埃斯顿推出新一代小功率交流伺服[N];中国纺织报;2007年
10 成都 付杰;松下CX-DP880N型车载CD换片机工作原理概述[N];电子报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖本贤;多轴运动下的轮廓跟踪误差控制与补偿方法研究[D];合肥工业大学;2004年
2 郑洪波;伺服直驱泵控液压系统及其节能机理研究[D];广东工业大学;2012年
3 孙建仁;CNC系统运动平滑处理与轮廓误差研究[D];兰州理工大学;2012年
4 徐跃;面向高性能数控系统的误差控制技术研究[D];天津大学;2009年
5 刘成;电液伺服道路模拟试验随机波形再现的时域控制[D];武汉理工大学;2002年
6 王少威;永磁交流伺服系统速度检测与控制研究[D];华中科技大学;2012年
7 龚时华;凸轮轴高速磨削加工控制系统关键技术[D];华中科技大学;2008年
8 郑子文;超精密机床伺服控制技术研究[D];国防科学技术大学;2001年
9 陈军;短信号分析技术及其在故障诊断中的应用[D];武汉理工大学;2003年
10 刘岩;数控刻楦机虚拟样机设计及关键技术研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高盛涛;基于工业PC的6轴伺服控制卡的研究和实现[D];中国科学院电工研究所;2001年
2 朱新勃;基于DSP的卫星天线伺服控制系统的研究[D];西北工业大学;2003年
3 余成文;基于DSP和PCI总线的伺服加载控制系统研究[D];西北工业大学;2004年
4 杨丽珍;CD光驱伺服控制系统的研究[D];大连理工大学;2002年
5 侯跃谦;PWS-100型电液伺服动静万能试验机动态分析[D];长春理工大学;2004年
6 王鑫;电液伺服加载台的设计与实验研究[D];西北工业大学;2003年
7 樊则文;导弹伺服气动弹性稳定性分析方法研究[D];西北工业大学;2005年
8 钱会强;天线罩电厚度测量设备的多轴控制系统研制[D];大连理工大学;2006年
9 方雅;肘杆式伺服曲柄压力机动力学仿真与实验研究[D];广东工业大学;2011年
10 杨凤山;基于DSP的交流永磁同步伺服电机控制系统的研究[D];北方工业大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026