柔性平面連桿的結(jié)構(gòu)控制一體化設(shè)計.pdf

1、機電系統(tǒng)的開發(fā)一般是由結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制設(shè)計兩個部分來完成的。傳統(tǒng)上，控制系統(tǒng)的設(shè)計是在結(jié)構(gòu)設(shè)計完成之后才進行的。機械工程師根據(jù)工作空間、負載等要求設(shè)計出機械結(jié)構(gòu),然后控制工程師基于現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計控制器以達到系統(tǒng)的性能要求,如軌跡跟蹤精度、調(diào)整時間、超調(diào)量等?，F(xiàn)代工業(yè)對機電裝備的高加速度、高精度提出了越來越嚴苛的要求。傳統(tǒng)的設(shè)計方法已很難滿足不斷增長的性能需求。同時有實驗表明,結(jié)構(gòu)和控制參數(shù)之間存在耦合,一體化設(shè)計方法被認為優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計方法

2、,是進一步提高機電系統(tǒng)性能的有效途徑。
　　本文對平面柔性連桿機構(gòu)的一體化設(shè)計,提出了一個通用的框架。以五桿機構(gòu)為例,介紹了一體化設(shè)計的流程。首先,分析了機構(gòu)的正反運動學(xué)、奇異性、工作空間,根據(jù)工作空間、操作靈巧性等要求確定各個桿件的長度。接著,用有限單元法把桿件離散化,采用拉格朗日方程建立柔性機構(gòu)的柔性多體動力學(xué)模型。對于并聯(lián)機構(gòu),由于存在有一個或者多個閉鏈,在動力學(xué)方程的數(shù)值求解過程中,會出現(xiàn)約束違約現(xiàn)象,采用有效的方法對之進

3、行實時校正,從而得到了具有較高精度的數(shù)值解。在閉環(huán)系統(tǒng)中采用比例-微分控制策略,選定優(yōu)化變量、性能指標和優(yōu)化約束后,建立結(jié)構(gòu)控制一體化問題的優(yōu)化設(shè)計模型。遺傳算法被用來求解這個高度非線性約束優(yōu)化問題。最后,分別以點位和軌跡跟蹤為例,把連桿截面結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制器參數(shù)作為設(shè)計變量,對柔性五桿機構(gòu)進行了一體化優(yōu)化設(shè)計。仿真結(jié)果顯示,一體化設(shè)計方法得到的系統(tǒng)比原系統(tǒng)調(diào)整時間縮短了20％以上，最大軌跡跟蹤誤差降低了接近一半。這證實了一體化設(shè)計是進一