3-UPS-PU并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模及運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)除具備六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)以外，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文以3-UPS/PU并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象，該機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)移動(dòng)共三個(gè)自由度，易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)位姿的檢測(cè)與控制，具有應(yīng)用前景。本文圍繞該機(jī)構(gòu)展開運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制方法3個(gè)方面的研究。
　　本文首先分析了3-UPS/PU機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)各個(gè)桿件的速度雅克比矩陣，將笛卡爾坐標(biāo)下各桿件的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)廣義坐標(biāo)。隨

2、后在運(yùn)動(dòng)學(xué)反解基礎(chǔ)上采用虛功原理建立了機(jī)構(gòu)關(guān)于動(dòng)平臺(tái)工作空間的整體動(dòng)力學(xué)模型?？紤]到關(guān)節(jié)摩擦對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)有較大的影響，又采用了牛頓-歐拉法建立該機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，其包括關(guān)節(jié)約束力(矩)方程和含關(guān)節(jié)摩擦的微分方程兩組，在動(dòng)力學(xué)正解的仿真計(jì)算時(shí)，采用數(shù)值迭代法來處理兩組方程由于關(guān)節(jié)摩擦而產(chǎn)生的耦合關(guān)系。通過動(dòng)力學(xué)正解分析了機(jī)構(gòu)的摩擦對(duì)其運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響。另外在不考慮摩擦的情況下，用虛功原理和牛頓-歐拉法建立的兩類動(dòng)力學(xué)模型分別計(jì)算動(dòng)力

3、學(xué)反解，結(jié)果經(jīng)過對(duì)比后驗(yàn)證了模型的正確性。在機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方模型的基礎(chǔ)上，隨后再對(duì)控制方法進(jìn)行了理論和仿真研究。為減少動(dòng)力學(xué)模型不確定性(包括參數(shù)不確定、關(guān)節(jié)摩擦以及未知的負(fù)載干擾)對(duì)3-UPS/PU并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制精度的影響，本文采用魯棒性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的滑模控制作為主要方法進(jìn)行著重研究。滑模面采用線性滑模面與Terminal滑模面相結(jié)合的復(fù)合型滑模面，既滿足了非奇異性條件又實(shí)現(xiàn)了控制誤差快速收斂的效果。針對(duì)傳統(tǒng)常規(guī)滑?？刂频亩墩駟栴}以及無(wú)法準(zhǔn)

4、確抑制時(shí)變擾動(dòng)的缺點(diǎn)，提出一種模糊自適應(yīng)滑模控制，該控制器以動(dòng)力學(xué)前饋控制和反饋控制為基礎(chǔ)，利用滑模面作為模糊控制器的輸入，經(jīng)過自適應(yīng)模糊推理后得到模型不確定性的逼近值并進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，從而提高系統(tǒng)魯棒性。該控制方法省去了切換控制項(xiàng)，無(wú)需依賴不確定性上界，而且模糊規(guī)則精簡(jiǎn)，工程實(shí)用性強(qiáng)，適用于3-UPS/PU并聯(lián)機(jī)構(gòu)這類復(fù)雜不確定系統(tǒng)。通過Lyap uno v函數(shù)分析了系統(tǒng)穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明所采取的模糊自適應(yīng)滑?？刂颇軌蛴行Э朔?qū)動(dòng)力抖