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三自由度电液伺服平台及其控制算法研究

梁超  
【摘要】:3-RPS并联机器人作为并联机构的典型代表,自并联机构被提出以来,随着并联机器人的深入研究与发展已经广泛应用于各个工业领域。其可以沿x轴和y轴两个方向转动及沿z轴方向移动的自由度机构特性较6-DOF并联机构简单、耦合性较低,使得其在运动模拟器、并联加工机床等领域取得了非常广泛的应用。本文首先提出3-RPS并联机器人的设计参数指标,建立机构的运动学反解、动力学逆解方程及电液伺服系统的传递函数模型。运用Matlab/Simulink与Simmechanics联合仿真验证所建运动学、动力学方程的准确性,并通过动力学方程对机构的关节轴承等关键零部件进行了选型与校核。运用电液伺服系统的传递函数模型分析系统动态特性,引入相位超前校正,改善了驱动液压系统的稳定性与快速性。其次根据3-RPS并联机器人的运动学反解与动力学逆解方程,提出了基于铰点控制策略的PID、QFT、计算力矩、不确定性鲁棒控制策略,并通过联合仿真证明了 QFT、不确定性鲁棒控制在3-RPS并联机器人整机控制上具有较优的控制效果。最后搭建了机构单缸电液伺服系统硬件结构,编写上位机组态软件、下位机PLC程序,基于本文提出的3-RPS算法控制策略利用单缸电液伺服机构进行了具体验证与分析。实验结果表明,本文提出的QFT控制算法对3-RPS并联机器人的运动跟踪、响应速度均具有较优的控制效果。


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