新型并聯(lián)機構實時控制動力學建模及全局快速終端滑模控制研究.pdf

1、并聯(lián)機構具有承載能力強、結構剛度大、運動精度高、動力性能好等優(yōu)點，在應用上與串聯(lián)機構形成互補，受到了廣大研究者的關注與重視。
　　隨著并聯(lián)機構應用領域的擴展以及對并聯(lián)機構研究的深入，人們對其控制性能提出了更高的要求。對于并聯(lián)機構及其裝備，基于運動學的控制方法控制精度有限，且難以保證并聯(lián)機構高速運行時的穩(wěn)定性，為此，基于動力學控制的方法被引入到并聯(lián)機構控制中。然而，并聯(lián)機構由于其閉鏈結構以及各支鏈間的耦合作用，其動力學模型往往難以建

2、立且非常復雜，難以滿足對其控制系統(tǒng)的實時性和快速性的要求;同時，基于動力學模型設計的并聯(lián)機構控制方法，其控制效果對模型的精確性有較強依賴性，因此需要構建盡可能準確的動力學模型，這就增加了動力學模型的復雜程度以及求解時間。針對上述問題，本文以新型3-PRRR/PPRR驅動冗余三自由度并聯(lián)機構為研究對象，提出一種新型并聯(lián)機構實時控制動力學模型的建模方法，在建立機構完整動力學模型的基礎上，基于并聯(lián)機構及其運動特點提出模型簡化策略，分析建立由模

3、型簡化引起的誤差模型，并以該誤差模型訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡進一步實現(xiàn)對簡化動力學模型的智能補償，以在保持并聯(lián)機構動力學模型較高準確性的前提下提高模型的計算效率，構建一種可實現(xiàn)高精度實時控制的動力學模型。此外，基于建立的動力學模型設計了全局快速終端滑模控制器，并完成了滑模運動時間分析和穩(wěn)定性分析，通過與常規(guī)滑?？刂葡啾容^，結果表明并聯(lián)機構在全局快速終端滑模控制器作用下具有更好的動態(tài)性能，可進一步提高并聯(lián)機構控制系統(tǒng)的實時性。本文的研究對解決基于

4、動力學模型設計的并聯(lián)機構控制系統(tǒng)實時性問題具有一定的參考價值。
　　本文首先建立和分析了所研究新型并聯(lián)機構的運動學逆解模型、速度逆解模型、雅克比矩陣以及運動學正解模型，并分別基于UG和MATLAB對機構進行了運動學仿真;其次，通過簡化及對簡化動力學模型的智能補償建立了3-PRRR/PPRR型并聯(lián)機構的實時控制動力學模型，并對所建立模型的有效性進行了仿真分析;接著，基于建立的并聯(lián)機構動力學模型進行了滑?？刂蒲芯浚瓿闪巳挚焖俳K端滑

5、?？刂婆c常規(guī)滑?？刂频姆抡姹容^分析;然后，基于工控機和運動控制器UMAC完成并聯(lián)機構控制系統(tǒng)硬件設計，采用VC++完成控制系統(tǒng)軟件設計，并對軟硬件設計的關鍵部分進行了詳細描述;最后，完成了并聯(lián)機構的控制試驗。試驗結果表明:1)所建立的完整動力學模型和實時控制動力學模型正確;2）所提出的實時控制動力學建模方法可有效解決并聯(lián)機構基于動力學控制的實時性問題;3）并聯(lián)機構在全局快速終端滑?？刂谱饔孟戮哂辛己玫能壽E跟蹤性能，且對外部干擾具有較強魯