新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)控制動(dòng)力學(xué)建模及全局快速終端滑?？刂蒲芯?pdf

1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有承載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)剛度大、運(yùn)動(dòng)精度高、動(dòng)力性能好等優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)用上與串聯(lián)機(jī)構(gòu)形成互補(bǔ)，受到了廣大研究者的關(guān)注與重視。
　　隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展以及對并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究的深入，人們對其控制性能提出了更高的要求。對于并聯(lián)機(jī)構(gòu)及其裝備，基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的控制方法控制精度有限，且難以保證并聯(lián)機(jī)構(gòu)高速運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，為此，基于動(dòng)力學(xué)控制的方法被引入到并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制中。然而，并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于其閉鏈結(jié)構(gòu)以及各支鏈間的耦合作用，其動(dòng)力學(xué)模型往往難以建

2、立且非常復(fù)雜，難以滿足對其控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和快速性的要求;同時(shí)，基于動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制方法，其控制效果對模型的精確性有較強(qiáng)依賴性，因此需要構(gòu)建盡可能準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)模型，這就增加了動(dòng)力學(xué)模型的復(fù)雜程度以及求解時(shí)間。針對上述問題，本文以新型3-PRRR/PPRR驅(qū)動(dòng)冗余三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對象，提出一種新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)控制動(dòng)力學(xué)模型的建模方法，在建立機(jī)構(gòu)完整動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)提出模型簡化策略，分析建立由模

3、型簡化引起的誤差模型，并以該誤差模型訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對簡化動(dòng)力學(xué)模型的智能補(bǔ)償，以在保持并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型較高準(zhǔn)確性的前提下提高模型的計(jì)算效率，構(gòu)建一種可實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)控制的動(dòng)力學(xué)模型。此外，基于建立的動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)了全局快速終端滑模控制器，并完成了滑模運(yùn)動(dòng)時(shí)間分析和穩(wěn)定性分析，通過與常規(guī)滑模控制相比較，結(jié)果表明并聯(lián)機(jī)構(gòu)在全局快速終端滑?？刂破髯饔孟戮哂懈玫膭?dòng)態(tài)性能，可進(jìn)一步提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。本文的研究對解決基于

4、動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性問題具有一定的參考價(jià)值。
　　本文首先建立和分析了所研究新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型、速度逆解模型、雅克比矩陣以及運(yùn)動(dòng)學(xué)正解模型，并分別基于UG和MATLAB對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真;其次，通過簡化及對簡化動(dòng)力學(xué)模型的智能補(bǔ)償建立了3-PRRR/PPRR型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)控制動(dòng)力學(xué)模型，并對所建立模型的有效性進(jìn)行了仿真分析;接著，基于建立的并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了滑?？刂蒲芯?，完成了全局快速終端滑

5、模控制與常規(guī)滑?？刂频姆抡姹容^分析;然后，基于工控機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器UMAC完成并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，采用VC++完成控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，并對軟硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分進(jìn)行了詳細(xì)描述;最后，完成了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:1)所建立的完整動(dòng)力學(xué)模型和實(shí)時(shí)控制動(dòng)力學(xué)模型正確;2）所提出的實(shí)時(shí)控制動(dòng)力學(xué)建模方法可有效解決并聯(lián)機(jī)構(gòu)基于動(dòng)力學(xué)控制的實(shí)時(shí)性問題;3）并聯(lián)機(jī)構(gòu)在全局快速終端滑模控制作用下具有良好的軌跡跟蹤性能，且對外部干擾具有較強(qiáng)魯