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锻造操作手模拟实验台动力学建模与模糊滑模控制

李楠楠  
【摘要】: 锻造操作机是一个多自由度的复杂操作手,它的重载、时变工况、高精度定位、操作过程的自动化要求使得操作手的动力学和运动规划问题成为必须关注的问题,因为这直接关系着锻件的成形质量和锻造的安全性。由于操作机本体比较庞大,不方便进行实验研究,因此有必要设计一个操作手模拟实验台。实验台主要模拟操作机的大车行走,整车旋转,钳杆升降,钳杆俯仰,抓手旋转等动作。针对模拟实验台进行动力学、运动规划和控制研究。具体研究工作如下: 1、根据要求设计了操作手模拟实验台的整体方案,建立了实验台的三维立体模型。 2、利用Lagrange方程法推导建立了操作手四个关节的动力学数学模型,并对模型中的参数进行了计算。然后利用动力学仿真软件ADAMS建立了操作手的3D动力学模型,对操作手的动力学特性进行了初步的研究,并与数学模型的动力学特性进行了比较,从而验证了模型的合理性。 3、针对操作手模拟实验台进行了运动规划研究。分析了操作手的运动学、活动空间、雅克比矩阵、路径插值问题。在此基础上进行了运动控制研究,建立了驱动结构的模型,进行了运动规划的仿真研究。最后在实验的基础上验证了操作手运动规划的合理性。 4、针对模型的非线性,参数时变,耦合,建模不精确等情况,采用一种基于指数趋近律的模糊滑模控制器进行仿真研究,并与PID控制器的仿真结果进行了比较分析。结果表明该控制器具有良好的动态性能,具有一定的解耦和鲁棒性能。 研究结果为锻造操作机动力学、运动规划和控制分析提供一定的参考。


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