混合驅(qū)動機(jī)械系統(tǒng)在考慮速度波動情況下的運(yùn)動重新規(guī)劃.pdf

1、二自由度混合驅(qū)動機(jī)器同時以一臺常規(guī)電機(jī)(主電機(jī))和一臺伺服電機(jī)作為驅(qū)動器，兩個輸入運(yùn)動通過一個二自由度機(jī)構(gòu)合成后，可以實(shí)現(xiàn)其輸出為可調(diào)的運(yùn)動規(guī)律或成組的運(yùn)動規(guī)律。其中，主電機(jī)提供系統(tǒng)主要的動力；而伺服電機(jī)承擔(dān)較小動力，主要起運(yùn)動調(diào)節(jié)的作用。它兼容了傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)和全伺服驅(qū)動機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，比較理想地解決了柔性化和保持機(jī)構(gòu)高速、高效和高承載能力這二者之間的矛盾。 關(guān)于混合驅(qū)動機(jī)器的現(xiàn)有研究都采用恒速直流電機(jī)作為主電機(jī)，該文選用普通交

2、流電機(jī)作為主電機(jī)，可以降低成本。但是，由于交流電機(jī)不可控，系統(tǒng)在施加載荷后，會產(chǎn)生速度波動，這樣不僅實(shí)際運(yùn)動輸出會偏離期望的輸出，而且由運(yùn)動學(xué)優(yōu)化確定的二自由度連桿機(jī)構(gòu)的主、副曲柄的運(yùn)動協(xié)調(diào)關(guān)系也隨之被破壞。這使得考慮動力學(xué)特性的混合驅(qū)動機(jī)器的控制問題變得異常復(fù)雜。作為研究這一問題的第一步，該文先集中探討如何保持由運(yùn)動學(xué)規(guī)劃得到的主、副曲柄理想相位協(xié)調(diào)關(guān)系這一問題。 第一步，以假想的一對非圓齒輪聯(lián)接主、副曲柄，將混合驅(qū)動機(jī)器簡化

3、為單自由度的機(jī)器進(jìn)行動力學(xué)仿真，研究保持相位協(xié)調(diào)的可行性； 第二步，應(yīng)用預(yù)報-校正控制方法，建立了混合驅(qū)動機(jī)器機(jī)電系統(tǒng)動力學(xué)模型，對控制參數(shù)的整定、系統(tǒng)動力學(xué)仿真等問題展開了研究。 主要的研究工作包括： (1)采用單自由度簡化機(jī)構(gòu)模擬二自由度混合驅(qū)動機(jī)器在保持相位協(xié)調(diào)關(guān)系條件下的動力學(xué)特性，進(jìn)行動力學(xué)仿真，研究保持相位協(xié)調(diào)關(guān)系的可行性。 (2)借鑒預(yù)報-校正的控制思想，建立了混合驅(qū)動機(jī)器的預(yù)測模型和反饋校

4、正方法，并將之應(yīng)用于混合驅(qū)動機(jī)器的動力學(xué)仿真。 (3)運(yùn)用拉格朗日方程推導(dǎo)了主電機(jī)為交流電機(jī)的混合驅(qū)動機(jī)器的動力學(xué)方程，并聯(lián)合采用PID控制的伺服電機(jī)的動力學(xué)模型，建立了混合驅(qū)動機(jī)器應(yīng)用預(yù)報-校正控制方式的機(jī)電系統(tǒng)動力學(xué)模型。 (4)采用降階處理的方法將混合驅(qū)動機(jī)器的動力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為一個一階微分方程組，并運(yùn)用四階龍格-庫塔法進(jìn)行數(shù)值求解，對混合驅(qū)動機(jī)器進(jìn)行了動力學(xué)仿真。 (5)對伺服電機(jī)的PID控制參數(shù)整定進(jìn)行了