3-SPS(RPR)并联机构神经网络自适应滑模控制系统研究

通过Sim Mechanics Link插件关联Solidworks与Matlab软件,将3-SPS(RPR)并联机构的Solidworks三维模型转换为Matlab/Sim Mechanics仿真分析模型。基于机构的Sim Mechanics模型和动力学方程,结合神经网络自适应算法,设计了一种新型滑模控制器,并通过Lyapunov函数证明了该控制器的稳定性。神经网络自适应算法的作用是实时地修正系统的不确定和非线性项参数,有效解决了滑模控制系统的抖振问题。建立机构的Matlab/Simulink系统框图并进行仿真分析,结果表明:新型滑模控制器的轨迹跟踪精度比传统滑模控制器的高,且响应速度快,鲁棒性强,从而验证了新型滑模控制器的有效性。     

基于4-SPS(PS)并联机构的自动调平系统研究

为了提高自动调平系统在运用过程中的调平精度和响应速度,基于螺旋理论及反螺旋理论,提出了一种以4-SPS(PS)并联机构作为自动调平系统支撑机构的方案,并对机构的正/反解和Jacobian矩阵进行了探讨。基于并联机构运动特性,建立了机构的理论参考模型,并运用MATLAB/SimMechanics软件建立了机构的实验仿真模型,采用模拟调平信号输入对所建立的自动调平并联支撑机构进行了开环仿真研究,验证了该机构的有效性。     

3-SPS/S踝关节康复机构模糊自适应控制系统仿真

根据踝关节的结构特点以及当前对踝关节康复机构的研究,搭建了基于3-SPS/S的踝关节并联康复机构.针对3-SPS/S踝关节并联康复机构难以实现高精度及快速响应的问题,提出了一种基于模糊自适应PID控制的控制方法,提高控制系统的精度.首先利用SolidWorks将3-SPS/S踝关节并联康复机构三维模型转换为SimMec...     

3-RPS并联机构滑模变结构控制系统设计

针对并联机构传统控制器轨迹跟踪精度较低的问题,设计了一种基于并联机构动力学方程和比例切换控制律的滑模变结构控制器(SMC)。首先,建立机构的Matlab/Sim Mechanics仿真分析模型,采用微位移法求解并联机构的Jacobian矩阵及通过工作空间分析确定机构的最佳尺寸参数,为控制系统提供理论参考输入值。其次,设计滑模变结构控制器,运用Lyapunov函数证明滑模变结构控制器的稳定性;最后,建立机构的PID控制和SMC控制系统Matlab/Simulink框图,分别对其进行仿真分析与对比。结果表明,SMC控制器的轨迹跟踪精度比PID控制器的精度高,稳态误差小,且鲁棒性强,响应速度快,从而验证了SMC控制的有效性。     

新型4-SPS/PPU并联机构运动学分析

提出一种能实现空间两移动和两转动的新型4-SPS/PPU四自由度并联机构模型,其中SPS支链为驱动支链,PPU为恰约束从动支链.采用螺旋理论计算了4-SPS/PPU并联机构的自由度.讨论了该机构的位置反解与正解,通过对位置方程求一阶微分,导出该机构的Jacobian矩阵,并分析了其加速度性能,给出了该机构Hessian矩阵的求解方法.根据运动Jacobian矩阵推导出该机构的条件数,通过数值分析验证了结构参数对该机构灵巧度的影响.为该机构的构型设计提供了理论依据.     

平面冗余驱动并联机构自适应滑模同步控制

基于Kane方程,建立了平面二自由度冗余驱动并联机构的动力学模型。基于轨迹轮廓误差,定义了机构的同步误差及滑模面,将动力学方程线性化,设计了自适应滑模同步控制器并对机构进行了稳定性分析。通过MATLAB仿真计算,并与计算力矩法进行比较发现,自适应滑模同步控制法优于计算力矩法,能够很好地实现轨迹跟踪。     

4-SPS/SP并联机构的奇异位形分析

对4-SPS/SP并联机构的运动学和静力学进行分析,得到该机构的降维运动学和静力学奇异位形曲线。对比这两组曲线发现它们相差了β=±90°两条直线。通过对机构运动Jacobian矩阵分析,发现该±90°是欧拉角的"奇点",并非该并联机构的奇异位形,并运用实例加以验证。在排除该非奇异位形曲线后,根据两种方法得到的奇异位形是相同的,并对其物理意义进行了解释说明。运用静力Jacobian矩阵得到了该机构的姿态奇异位形曲面,找到了该机构的动平台只绕Z轴旋转时存在的一组特殊的奇异位形,并根据力螺旋相关性修改动平台参数避免该组奇异位形,改善该机构的运动性能。     

考虑关节摩擦的3-UPS/PU并联机构模糊自适应滑模控制

为克服3-UPS/PU并联机构关节摩擦力突变现象带来的跟踪畸变问题,设计了一种模糊自适应滑模控制方法。首先在机构动平台工作空间内建立该机构的整体动力学模型。针对切换型滑模控制驱动力抖振以及自适应滑模控制(ASMC)对摩擦突变较敏感的不足,提出一种模糊自适应滑模控制(FASMC)方法,该方法以自适应理论为基础,可以在线估计包括摩擦在内的系统模型不确定项,自适应增益通过模糊逻辑系统实现了动态调整,相比ASMC可以更准确地逼近摩擦的变化情况,从而更有效地抑制摩擦力突变影响,增强了系统鲁棒性。由于无需依赖具体的摩擦模型以及简单的控制结构,FASMC适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示,所采取的控制方法能有效估计并克服机构摩擦干扰,提高了机构的控制精度,而且驱动力没有出现抖振现象。     

3-SPS+RRS+PS机构运动学分析

分析了组成直升机自动倾斜器等效机构的关键部分3-SPS+RRS+PS机构的运动学特性。通过分析并区别对待机构自由度的瞬时性与全周性,克服了位置反解中遇到的螺旋理论瞬时性的问题。采用直接求导法,计算了机构的速度、加速度反解。为了克服直接求导法计算过程繁杂的缺点,给出了一种快速数值计算Jacobian和Hession矩阵的算法,该算法只需要给出机构的位置反解方程,就能够通过计算机自动计算出Jacobian和Hession矩阵的值,从而节省了大量的人力。该方法不仅适用于理论分析,也适用于有快速分析需求的工程任务。     

6-SPS并联机构运动仿真平台研究

针对使用Matlab软件搭建的6-SPS并联机构运动仿真平台,论述了仿真的理论基础、系统设计,通过图片和具体例子讲述了系统软件搭建和仿真应用.     

虚拟轴机床并联机构的自适应动态滑模运动控制

虚拟轴机床系统模型复杂难以准确建立,高速加工时存在强烈干扰且不确定,难以实际实现高性能控制,为此,提出一种新型自适应动态滑模控制方法,用于虚拟轴机床并联机构运动控制。通过构建新型动态切换函数,设计二阶动态滑模控制,以解决采用常规等效控制设计的滑模控制系统,因忽略执行机构快变动力学特性等而导致控制系统品质降低甚至不稳定的问题,同时避免滑模抖振的出现;引入自适应控制对虚拟轴机床加工时的外界干扰等不确定因素进行在线估计,以克服滑模控制性能需依赖于对未知干扰的先验估计的局限,增强虚拟轴机床克服高速加工时的强烈干扰的能力,进一步提高其控制性能。仿真和试验结果表明,采用自适应动态滑模控制方法,可使虚拟轴机床控制系统具有较好的自适应能力,较强的鲁棒性,良好的动态、稳态品质。     

挖掘机的4自由度自适应模糊滑模控制

为实现挖掘机回转和工作装置的轨迹跟踪控制,建立挖掘机回转和工作装置的4自由度运动学和拉格朗日动力学方程.挖掘机工作装置具有明显的非线性和不确定性特征,并存在外部干扰,所以将滑模变结构理论用于其控制系统.针对滑模控制的抖振可能激活高频动态和破坏控制器部件的缺点,设计自适应模糊滑模控制器.控制规则包括3部分:等效控制、调整控制和切换控制.利用自适应模糊系统输出动态调节切换增益以逼近系统不确定性的上界,将滑模控制的切换项转化为连续的模糊输出,削弱了滑模控制的抖振现象,并且有较强的自适应跟踪能力.针对一个完整的挖掘卸料过程,将所设计的控制器用于仿真试验,给出自适应模糊滑模控制的跟踪性能及控制输入的效果.     

考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学分析

基于机械系统动力学方程的增广法建立考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学模型。为了简化该并联机构的动力学模型,通过质量矩的方法视驱动支链为一个整体。根据含间隙球面副元素的接触方式建立该间隙运动副的运动学模型,求出含间隙球面副元素之间的接触变形量与相对接触速度。考虑到接触体之间接触刚度与机械系统动力学模型之间的耦合性,以非线性刚度系数代替Flores接触模型中的常数刚度系数而提出一种改进的接触力模型,并基于该接触力模型利用接触变形量与相对法向接触速度建立间隙运动副元素之间的法向接触力模型,为了保证数值运算的稳定性,采用具有动态修正系数的Coulomb摩擦模型,建立接触体之间的切向接触力模型。进一步把间隙运动副元素之间的接触力转换到该间隙运动副所连接的驱动支链和上平台的质心上,并把该接触力集成到4-SPS/CU并联机构动力学模型的广义力中,从而成功引入了关节间隙效应,采用Baumgarte稳定约束法避免了积分过程中的约束违约问题。通过数值分析预测球面副间隙对4-SPS/CU并联机构动力学性能的影响。     

3-SPS/SP并联机构的设计仿真分析及应用

首先建立3-SPS/SP并联机构模型,基于螺旋理论求解其自由度。接着运用坐标变换法求出并联机构的位置逆解,然后用ADAMS软件对并联机构进行动力学分析,分别得出正解仿真和逆解仿真的结果,再运用MATLAB软件编程求得并联机构的可达工作空间。最后以一个在桶状物体表面进行商标喷涂为实例,对该并联机构进行了仿真分析,结果表明：3-SPS/SP并联机构具有4个自由度,分别是绕X轴、Y轴、Z轴的转动和沿Z轴的上下移动,其运行平稳,工作空间较大,并且在整个运动过程中动作连续,没有出现空洞的部分。     

6-SPS型并联机构的混合坐标动力学建模

研究6-SPS型并联机构的动力学建模方法,提出了一种新颖的混合坐标动力学建模方法,根据6-SPS型并联机构特点,以四元数和笛卡尔坐标来定义6根支杆和动平台的方位及位置坐标,然后运用第一类拉格朗日方程建模方法建立了6-SPS型并联机构动力学模型,所建立的动力学模型形式简洁,体现了并联机构各向同性的特点,而且又发挥了四元数在数值计算上的优越性,因此具有适合计算机大规模编程计算的优点.     

3-UPS/PU并联机构动力学建模及自适应滑模控制

为减少动力学模型不确定性(包括参数不确定和未知的负载干扰)对3-UPS/PU并联机构控制精度的影响,提出一种自适应滑模控制。首先在运动学反解基础上采用虚功原理建立该机构关于动平台工作空间的动力学模型。控制器结合了动力学名义模型和滑模控制理论,利用滑模面设计的自适应律可以对不确定性进行在线估计并补偿,从而提高系统鲁棒性。通过Lyapunov函数分析了系统稳定性。该控制器优点是:无需依赖不确定性上界,结构简单,易于工程应用,适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示,所采取的控制器能有效克服时变的模型不确定性,使动平台各自由度的平均跟踪误差相比传统滑模控制明显减少。     

3-UPU并联自动调平机构控制系统设计

为解决自动调平机构系统稳定性差和调平精度低的问题,设计了一种基于3-UPU并联机构和PI鲁棒滑模控制的调平系统。首先,基于螺旋和反螺旋理论,设计了一种3-UPU并联机构作为系统的调平机构,并建立了机构的动力学方程,为调平控制系统提供了控制对象。然后,在PI控制的基础上,利用鲁棒滑模算法的抗摄动、实时修正系统非线性的功能,设计了一种PI鲁棒滑模控制器,并运用Lyapunov函数证明了控制器的稳定性。最后,分别采用两种控制方法对机构的调平误差进行了仿真分析,结果表明:PI鲁棒滑模控制器有更佳的调平精度和较小的稳态误差,为调平机构的研究提供了一种参考方案。     

6-SPS并联机构位置正解的改进粒子群算法

对6-SPS并联机构的运动学正解进行研究,得出6-SPS并联机构运动学正解的数学模型为一个非线性方程组.将所得的非线性方程组转化为无约束优化问题,并使用粒子群算法对其求解.针对并联机构运动学正解问题的多解性,提出改进的共享适应度粒子群算法.最后,用一个实例证明该方法是行之有效的.     

并联机器人的智能模糊滑模控制算法

针对以交流伺服电机驱动的二自由度并联机器人,设计了智能模糊滑模控制算法.该方法先设计动态滑模面,使系统的任意初始状态一开始就在滑模面上,消除了滑模控制的到达运动阶段,使系统在响应的全过程都具有鲁棒性;然后设计一种智能模糊控制器,用模糊控制器的输出取代滑模控制切换项的输出.仿真结果表明,该控制方法不仅增强了全局抗干扰能力,而且有效地消除了系统的抖振现象.     

一种6-SPS型并联机构运动学正向求解方法

通过研究6-SPS型并联机器人机构的运动学正向求解方法,提出了一种建立运动学模型与正向求解的方法,利用6-SPS型并联机器人支链特点,以支杆两个独立的方向余弦和伸缩长度为支杆的广义坐标,推导了6-SPS型并联机器人运动学模型,在此基础上,提出运用基于Moore-Penrose广义逆的牛顿迭代格式对运动学模型进行正向求解,并编制了MATLAB运动学正向求解程序,进行了运动学正向求解数值仿真,结果表明求解程序快速有效。