徐雪梅[1]2003年在《并联机床的智能控制》文中研究指明并联机床即虚拟轴机床，是二十世纪90年代中期问世的新型数控机床，是机器人技术与机床相结合的产物。与传统的数控机床相比，并联机床具有刚度比重大、响应速度快、加工精度高、机械结构简单等优点。这些特点使并联机床具有广泛的应用前景。 智能控制技术主要包括：专家系统、神经网络控制、自适应控制、模糊逻辑控制等，它在机器人、机床控制以及仪器仪表等方面被广泛的应用。在本论文中，系统地研究了基于神经网络的误差补偿控制、基于DSP的并行计算和并行控制以及模糊控制。本论文包含以下五个方面：a)介绍了智能控制和并联机床的特征、应用和发展概况；b)介绍了BP神经网络、DSP技术、模糊控制和并联机床的基本知识；c)研究了基于BP神经网络的并联机床的误差补偿控制策略；d)研究了基于DSP技术的并行计算方法和并行控制策略；e)研究了基于模糊逻辑控制的并联机床的位置控制。 针对并联机床高度大、响应速度快、位置精度高、机械结构简单等特点，提出了基于BP神经网络的实时误差补偿控制策略。应用BP神经网络对并联机床的运动学反解进行学习，利用训练好的神经网络对并联机床进行误差补偿，并给出了用Microsoft Visual C++ 6.0编写的神经网络训练程序框图；提出了判断神经网络隐层节点的方法，并给出了提高神经网络收敛速度的连接权修改公式；给出叁坐标并联机床误差补偿的仿真结果。表明这种补偿控制方案十分有效，补偿后能较大地减小机床的位置误差。 提出了一种基于多个TMS320F206 DSP芯片的并联机床的轨迹规划的并行 四川大学硕士学位论文计算和并行控制策略。给出了并联机床刀具末端位置的轨迹规划、位置反解、运动学反解的方程;介绍了新型CNC的软、硬件控制结构并给出了软件信息流程图;给出了基于DSP的并联机床轨迹规划的并行计算和并行控制的流程图:给出了机床刀具位置反解的汇编语言程序。给出了对叁自由度坐标并联机床并行计算和并行控制的仿真结果。仿真表明这种计算和控制方法精度较高，是一种可行性较强的计算和控制策略。 基于并联机床刀具运动的时变性及非线性性，提出了一种基于模糊控制的并联机床刀具位置控制策略。由于模糊控制系统是一种不依赖于精确的数学模型的控制系统，所以它是比PID控制系统应用更为广泛的控制系统。本文给出了模糊控制器的控制规则，推出了控制器的输入、输出隶属度函数。分析表明，这种控制方法是比PID控制响应速度更快的控制策略，其实时性及鲁棒性更符合工程要求。
秦贵乾[2]2016年在《不确定冗余驱动并联机器人模型预测控制算法研究》文中认为近年来并联机器人研究成为一个新的热点,并联机器人以其刚度大、精度高、承载能力强等优点展现出比串联机器人更佳的优越性,而并联机器人又具有不确定性、高度非线性、机构控制复杂、机构内部存在较大耦合内力、工作空间中存在奇异位形点等问题,极大地限制了并联机器人在现实中的广泛应用。冗余力控制技术可以有效解决并联机构以上问题。本文以6PUS-UPU冗余驱动并联机器人为研究对象,针对该机构的相关问题进行研究,主要研究内容如下:首先,分析6PUS-UPU冗余驱动并联机器人机构,基于凯恩法建立机器人的动力学模型。利用二范数最小解方法对冗余驱动力进行优化,求解出冗余驱动分支的驱动力,为冗余分支驱动力控制性能评价提供依据。其次,针对并联机器人参数时变、负载扰动和其它不确定问题,建立永磁同步电机矢量控制精确模型,取代了以往的传递函数简化模型。并联机器人冗余分支控制要求永磁同步电机具有很好的力矩跟踪能力和抗干扰能力,因此,在冗余分支永磁同步电机力矩控制中引入模型预测控制算法(MPC),并进行了ADAMS/MATLAB联合仿真验证。最后,针对并联机器人控制中模型预测控制器计算量较大、参数调节复杂的问题,提出了PID模型预测控制(PPC)算法和模糊预测控制(FPC)算法,PPC算法能充分发挥PID控制原理简单,参数调节方便的优点,易于工程实现。FPC算法是在预测控制算法的基础上,引入模糊控制机理,使预测控制算法本身最大限度的减小控制时域长度,减小计算工作量,提高系统控制的实时性,改善原模型预测控制系统的动态跟踪性能和鲁棒性。然后对所提出的改进方法进行了ADAMS/MATLAB联合仿真验证。本文的研究工作为6PUS/UPU冗余驱动并联机器人的深入研究和工程应用奠定了理论基础,研究成果有望为重载设备精密装配、太空舱对接以及高精度复杂曲面加工等实际工程领域提供理论和技术支撑。
杜英魁[3]2006年在《面向新型混联机床的智能控制方法研究》文中认为随着并联机床技术的发展,出现了将并联机床和传统串联结构机床相结合的混联机床,并在工业生产中开始显现出巨大潜力。1PT+3TPS叁自由度混联机床是一种新型少自由度混联机床,可以实现一维移动和两维转动,具有结构简单、刚度大、灵巧性好、低惯性以及有效载荷大等优点,可广泛应用于运动模拟器、微操作手以及机床加工设备等领域。由于混联机床具有系统非线性及耦合性强等特点,传统控制方法难以获得理想的控制效果,因此,对混联机床智能控制策略的研究成为目前混联机床研究中的热点之一。在本文中,以这种1PT+3TPS新型混联机床为对象,对其运动控制中的虚拟建模、运动学分析、轨迹插补、PID控制方法和模糊PID控制方法等方面进行了比较系统深入的研究。对其机构参数和自由度进行了分析计算,在Solidworks中进行了机构简化和虚拟建模,在ADAMS中修正和设定了机构模型及运动约束,根据设定的动平台运动轨迹,进行了运动学仿真,得到了混联机床的运动仿真动画及各条驱动腿的运动学逆解曲线,提供了对其运动特点的直观认识和插补控制器研究的训练样本。利用神经网络并行运算和非线性映射能力,结合插补控制理论和新型混联机床运动规律,提出了一种软件插补控制器。给出了混联机床粗插补和精插补算法,以BP神经网络构建了插补控制器,用LM算法对控制器进行训练,利用Matlab中的神经网络工具箱进行了仿真,验证了其可行性和有效性,为实现面向制造过程的高速实时插补方面,提供了一种新的插补控制器结构。新型混联机床驱动腿的运动通过插补控制器输出脉冲给伺服电机来实现,为保证其运动精度,设计了多通道双闭环PID控制器和模糊PID控制器。给出了新型混联机床的控制流程和控制策略,对两种控制器的原理、结构进行了分析和推导,建立了混联机床误差链模型、单通道传递函数模型和模糊规则表,在Matlab环境下对两种控制器进行的仿真对比分析表明,模糊PID控制器能更有效地改善系统的鲁棒性、快速性和控制精度。
孙伟[4]2007年在《现代机械产品设计规划及可视优化设计方法研究》文中指出产品设计是产品开发过程最重要的一个环节,设计效果的好坏会直接影响产品的最终质量。先进而实用的设计理论方法对很好地完成产品设计工作有很大的促进作用,因而备受科研人员和企业界的重视。据不完全统计,目前学者们已经提出了近60种设计方法,这些设计方法对提高产品的设计质量都起到了不同程度的作用。在一个具体的产品设计中,应用所有的设计方法进行设计是不现实的,也是不必要的。现代机械综合设计理论方法在总结现有设计理论方法的基础上,提出了应用产品设计规划、功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计、可视优化设计、设计质量检验等主要技术手段来对产品进行设计,以确保和提升产品的广义质量(全部功能与性能)。综合设计理论方法的提出避免了设计方法选择的随意性和不规范性,因而有着重要的意义。目前,对综合设计法总体框架的研究已经较为完善,部分研究成果已经被广大学者和企业界人士所接受。但是,在其理论框架下,一些具体的设计理念、技术和方法还有待进一步深入研究。本文重点研究综合设计法理论框架下的产品设计规划和可视优化设计法,力图通过对这两个环节进行深入研究,来完善产品设计规划和可视优化设计的具体技术或方法。本文的研究工作得到了国家自然科学基金重点项目(编号：50535010)的支持。其研究结论对于综合设计法的进一步丰富以及推广与应用都有着重要意义。具体研究内容如下：对综合设计法的理论框架做了进一步深入研究与概括。详细介绍了产品的广义质量与广义优化两个重要概念。将综合设计法的理论体系按产品设计的流程划分为设计规划、功能优化、技术设计(动态优化设计、智能优化设计、可视优化设计)和设计质量检验四部分。提出创建设计集成平台是应用综合设计方法的重要手段,并给出了设计平台的体系结构,即将平台分为界面层、应用层、技术层和环境层四个层面。在总结和分析与产品设计规划相关研究成果的基础上,提出了3L/8D产品设计规划理论方法,即从设计战略、设计业务、设计质量检验叁个层面,具体包括：设计环境、设计思想、设计目标、设计内容、设计方法、设计过程、设计的潜在问题分析和设计质量评价等8个环节,来对产品设计进行全面规划,以提高设计效率和设计的成功率。对产品设计规划工作进行了细致地研究,提出了产品设计规划各阶段的决策模型及具体的规划方法,从而初步建立了3L/8D设计规划的理论框架,为进一步深入研究产品设计规划提供了参考。围绕3L/8D产品设计规划相关理论,用计算机技术实现了设计规划几个重要环节的辅助规划系统的开发,具体包括创建顾客需求重要度评判系统、顾客的模糊聚类分析系统、设计实例搜索系统、设计任务分解及相关性评判系统、设计质量的模糊评判系统。研究中具体论述了每个系统的功能模块、实现原理和实现过程。以上系统均具有可视化的操作界面,能自动生成相关报告,从而可以辅助产品开发人员快速获得可以指导制定设计规划的决策信息。进行了现代机械可视优化设计方法及实现措施研究。通过对现代机械设计特点的具体分析以及在总结前人研究成果的基础上,确定了可视优化法的研究内涵、研究内容、技术流程、关键技术、研发支撑软件以及具体的应用原则,从而建立了可视优化设计法的理论框架。进一步,对可视优化设计的具体环节,即运动学和动力学状态、工作过程和控制过程、加工制造和装配过程等可视优化的内容和方法也进行了讨论,详细介绍了其原理、目标和方法。在介绍产品设计平台内涵的基础上,重点研究了搭建可视优化设计平台的策略与技术。研究中,提出了可视优化设计平台的体系结构及功能模块。可视优化设计平台,从体系结构上看可以分为4个层次,分别是：技术操作层、主要功能层、辅助功能层和技术支持层。平台按需要可以分为快速建模系统、加工过程可视化仿真系统、装配过程可视化仿真系统、运动学可视化仿真系统等10个功能模块。确立了搭建可视优化设计平台的构建策略,可以概括为16字方针,即“自我评价、追求效益、力求节约、分步实现”。提出了搭建可视优化设计平台的一般流程,包括6个关键步骤,分别是：现场调研、需求分析、制定规划、实际开发、功能测试和投入使用。以东北大学自主研制3-TPT并联运动机床为实例,采用可视优化设计法对其进行了研究。主要对其进行了参数化设计、运动学可视化、动力学可视化、工作过程可视化、装配过程可视化等环节的研究。实践表明,在机械产品设计研发过程中采用可视优化设计技术是行之有效的,且可以提升产品的设计质量。
曹金龙[5]2017年在《1PT+3TPS型并联运动平台智能控制系统的设计与实现》文中提出并联机构在现代工程领域中的应用越发广泛,本文以1PT+3TPS型并联机构的两款应用实例:动感运动模拟器和并联钻床的运动控制系统为研究对象,对动感运动模拟器和并联钻床运动控制系统的软硬件设计和功能实现进行了较为深入系统的研究。针对1PT+3TPS型并联机构进行了自由度计算、位置反解分析和运动学分析,得到了并联机构动平台位置姿态和驱动支链长度的映射关系以及动平台运动速度和驱动支链伸缩速度的映射关系。将强化学习(reinforcement learning)思想和PID控制算法相结合,设计了一种基于强化学习的自适应PID控制器,该型控制器结合了PID控制的鲁棒性和机器学习的智能性特点,使该控制器在控制过程中能在线自整定PID参数,具有优良的控制性能。针对1PT+3TPS并联型动感运动模拟器,搭建了其硬件控制平台,设计并实现了其控制软件系统,该系统由USB数据接收模块、中心控制模块、运动反解模块、自适应PID控制模块和MODBUS数据传输模块组成。该控制系统可接收电脑端游戏软件中的姿态数据,驱动执行机构做相应运动,实现运动模拟器姿态和游戏中角色姿态的同步,使游戏玩家有身临其境之感。实验结果表明,该运动控制器姿态模拟响应速度快、同步效果好。针对1PT+3TPS型并联钻床,设计并实现了一款并联钻床运动控制器。以工控机和运动控制卡为控制硬件平台,在控制软件方面设计并实现了一种通过手柄控制并联钻床钻头位姿的控制方法,设计了粗细调切换模式,实现了快速精准的手动调姿;提出了一种利用传感器测量自动对齐钻孔法线方向的自动调姿方法,提高了调姿的精度和速度;设计并实现了并联钻床的示教再现加工系统,在加工一批相同零件时,只需对首个零件的加工过程进行示教,对后续零件的加工便可自动再现完成,提高了加工效率。
陈月岩[6]2009年在《串—并混联研抛机床运动控制系统的研究》文中研究指明串-并混联研抛机床是并联机床的进一步发展,运动控制系统是串-并混联研抛机床控制的核心。本文以课题组自主研发的JDYP51型串-并混联研抛机床为研究对象,以提高机床的控制响应速度与控制精度为目的,进行了机床运动控制系统控制策略和实现方法的理论与实验研究。JDYP51型研抛机床是一个包含多环闭链机构的复杂多体系统,它的核心部件是3-PTT并联机构。本文采用多刚体系统动力学的建模方法,得到简化的串-并混联研抛机床并联机构动力学模型方程式。基于该模型,分别研究了不同控制策略下运动控制系统的响应情况。仿真结果表明,采用基于高精度模糊控制器补偿的计算力矩控制器可以使得控制系统获得比较理想的跟踪效果。在此基础上,研究了一种NURBS曲线快速插补技术和一种抑制伺服系统干扰的离散小波算法,提高了系统的控制精度。以本课题组自主研发的混联机构为平台,进行了并联机构运动控制器硬件设计与相应功能软件的开发,形成了具有开放功能的基于TMS320F2812 DSP的PCI运动控制卡。针对本文所提出的算法,进行了串-并混联研抛机床运动控制系统中主要技术环节的实验研究,实验结果表明本文所研究的运动控制系统精度高、响应速度快,具有一定的开放性,可以完成一定高精度的快速控制任务。课题的研究工作得到了吉林省科技发展计划重点项目(仿人高效研抛自由曲面专用机床嵌入式控制系统的研究,编号:20040325)的资助。
杨世忠[7]2010年在《3-HUU并联机床及数控系统的研究》文中研究指明工作空间是衡量并联机床性能的重要指标,也是设计、使用和控制机床的主要依据,所以本文对一种新型3-HUU并联机床进行机构分析并且计算其工作空间。随着技术、市场、生产结构等方面的快速变化,用户对并联运动机床数控系统提出了更高的要求,传统的数控系统大都针对于串联机床设计,不能适应并联机床控制的要求。所以本文根据3-HUU并联机床的控制特点,研究一种新型并联机床的数控系统,并实现S曲线加减速控制和PID调节。本文通过分析3-HUU并联机床的机构特点,确定了机构的灵活工作空间,为3-HUU并联机床的结构改进提供一定的理论基础。确定了数控系统的总体结构,设计了数控系统的数据流程,研究数控系统反馈环节的关键技术和反馈信息的传输原理,并设计了反馈硬件电路和软件控制结构。研究数控系统上下位机关键环节技术,构建了数控系统上位机软件平台并且设计了上位机控制软件程序结构,实现数控界面速度跟踪功能和PID参数设置功能;构建了数控系统下位机控制系统硬件平台,设计出下位机控制程序结构并设计了下位机硬件电路。针对本数控系统的特点,结合S曲线加减速的优点和DSP芯片运算优点,设计出基于DSP控制的电机S曲线加减速控制方法;并且结合本数控系统特点和DSP芯片运算优点,实现基于DSP控制的PID控制伺服系统。最后通过实验验证3-HUU并联机床数控系统的上位机软件系统和下位机硬件系统的合理性和可行性。
高思慧[8]2013年在《6PUS-UPU冗余并联机器人动力学建模及力/位混合控制研究》文中研究指明本文密切结合开发冗余并联机器人的需求，以一台五自由度冗余驱动并联机器人为研究对象，系统地研究了机器人的结构特点与分析方法、逆动力学建模与仿真技术、控制策略与机械系统—控制系统联合仿真技术，并通过力/位混合控制实验研究，验证了冗余驱动对提高并联机器人的位置精度和动态性能的有效性。具体内容如下：针对6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的结构特点，提出了将其等效为6PUS-UPS且中间分支对动平台作用额外约束力的分析方法，并应用螺旋理论求解了中间分支对动平台的约束力，获得了约束力为力和力矩的统一的表达式，降低了动力学模型计算时的复杂性。应用Kane法建立了冗余驱动并联机器人的逆动力学模型，并以平衡机器人各分支受力为目标，采用了冗余力二范数最小的方法对驱动力进行了优化；应用Pro/E和ADAMS软件建立了机器人的虚拟样机，验证了Kane法所建的逆动力学模型的准确性，也展现了冗余驱动力的优化效果。建立了机器人交流伺服系统、直线运动单元的数学模型，并应用Simulink对交流伺服系统的控制器参数进行了整定。通过对几种常用控制方法的简要介绍和比较，最终确定了力/位混合控制策略：非冗余分支采用基于PID的位置控制，冗余分支采用基于改进的计算力矩的力控制。应用ADAMS与MATLAB进行了机械系统—控制系统联合仿真，验证了与非冗余控制相比，冗余控制下机床的精度和稳定性更好一些。对冗余并联机器人进行了基于力传感器的力/位混合控制实验研究，实验结果验证了冗余驱动对改善并联机器人各分支受力有明显的作用。
左扣成[9]2005年在《3-TPT型并联机床的误差分析与仿真》文中进行了进一步梳理并联机床(PMT，Parallel Machine Tool)是世界上近年来逐渐兴起的一种新型制造装备。由于其具有刚度质量比大、移动速度快、易于实现模块化设计、制造成本低等优势，已经成为新一代机床发展的重要方向。本文以东北大学研制的3-TPT并联机床为研究对象，对其结构特点、运动学问题、运动性能、误差以及仿真等方面进行分析研究，为其进一步的运动学标定和误差补偿提供必要的理论依据。具体内容如下： 1) 对所研究的3-TPT型并联机床的结构特点和运动学问题进行了详细的分析。其中包括并联机床的机构组成和自由度分析，位置正解和反解的分析与仿真，雅可比矩阵的计算，速度和加速度正解和反解的分析与仿真。 2) 分析了3-TPT型并联机床的工作空间、奇异性、可操作度和灵巧性等指标。对机构在工作空间内的奇异性和灵巧性进行分析可知工作空间内无奇异形位和不定形位，具有良好的可操作性和灵巧性。 3) 对3-TPT型并联机床的误差进行了详细的分析和仿真。介绍了并联机床误差的基本分类和影响并联机床加工精度的误差来源。接着指出并联机床精度分析的关键是建立动平台位置误差模型，并提出并联机床误差模型的建立思想。分别依照矩阵法和误差独立作用原理建立了3-TPT型并联机床的误差模型。对杆长误差和铰链间隙误差进行了随机抽样，利用蒙特卡洛方法分析了杆杆长误差和铰链间隙误差对动平台的位置误差的影响。仿真结果表明，动平台在工作空间内位置综合误差较小，杆长误差对动平台位置综合误差的影响小于铰链间隙误差对动平台位置综合误差的影响。 4) 利用Pro／ENGINEER和ADAMS软件对机床进行了叁维运动仿真研究。通过仿真验证了机床的工作原理、工作空间的大小和形状以及机构的运动学模型，检查了机构的干涉情况，考察了虎克铰的转角范围。
甘泉[10]2002年在《新型并联机床的运动特性研究》文中认为提出了以空间四自由度并联机构作为主进给机构，辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型并联机床的结构设计方案。对并联机床的结构设计、位置分析、工作空间分析、轨迹规划、运动学分析和动力学建模等方面的理论进行了深入系统地研究。并在虚拟环境下以3DS MAX软件和MAXScript脚本语言作为开发平台对原型样机进行了实体建模和运动学仿真。 目前并联机床的典型结构主要是基于Stewart平台及其演化型式，此类并联机床具有加工精度高、结构抗震性及切削稳定性好的优点。但同时也存在工作空间小、难于实现大倾角加工等不足。本文提出了一种可实现一维平动和叁维转动的四自由度空间并联机构，它与实现二维平动的工作台一起组成的新型并联机床可满足多坐标数控加工的自由度要求。这种配置方案不但可使平动和转动控制解耦，而且具有工作空间大，灵巧性好的优点。 本文给出了主进给机构位置反解方法，推导出了主进给机构位置正解的封闭方程，利用结式消元法解决了空间四自由度并联机构的位置正解问题。 本文提出了并联机床的一种最优轨迹规划方法，该方法先在参数空间进行轨迹规划，然后将参数空间的运动轨迹映射到关节空间。在轨迹规划中，以雅可比矩阵的条件数作为适应度函数，利用遗传算法优化了并联机床的多余自由度。 本文建立了求解并联机构动力学方程的模糊神经网络模型。该模型以广义坐标值作为输入，先分别构造出反映动力学方程各部分的子模型，再通过求和运算，最后得到表示各关节驱动力的输出结果。该动力学模糊神经网络模型大大提高了动力学模型的在线计算效率。 本文在3DS MAX环境下，以MAXScript脚本语言作为开发平台对原型样机进行了实体建模和运动学仿真。该方法实现了模型的准确定位，集成了轨迹规划的位姿数据。
参考文献：
[1]. 并联机床的智能控制[D]. 徐雪梅. 四川大学. 2003
[2]. 不确定冗余驱动并联机器人模型预测控制算法研究[D]. 秦贵乾. 燕山大学. 2016
[3]. 面向新型混联机床的智能控制方法研究[D]. 杜英魁. 电子科技大学. 2006
[4]. 现代机械产品设计规划及可视优化设计方法研究[D]. 孙伟. 东北大学. 2007
[5]. 1PT+3TPS型并联运动平台智能控制系统的设计与实现[D]. 曹金龙. 电子科技大学. 2017
[6]. 串—并混联研抛机床运动控制系统的研究[D]. 陈月岩. 吉林大学. 2009
[7]. 3-HUU并联机床及数控系统的研究[D]. 杨世忠. 河北工业大学. 2010
[8]. 6PUS-UPU冗余并联机器人动力学建模及力/位混合控制研究[D]. 高思慧. 燕山大学. 2013
[9]. 3-TPT型并联机床的误差分析与仿真[D]. 左扣成. 东北大学. 2005
[10]. 新型并联机床的运动特性研究[D]. 甘泉. 电子科技大学. 2002
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