受控五杆机构运动动力学分析及控制系统研究

摘要

受控连杆机构是指一个或若干个原动件受计算机控制,从而使机构精确实现任意给定运动并具有智能化的一类机构.精确实现任意给定运动是机构学领域具有重要实际意义的一大难点,受控机构与受控机构学的研究正是应这一要求而兴起的.具有一个受控原动件的平面受控五杆机构是一个两自由度机构,让其中一个原动件做匀速运动,而控制另一个原动件使其按给定运动的要求作补偿运动,从而达到精确实现任意给定运动的目的.该文以精确实现任意给定运动为目的,对受控五杆机构进行了以下几个方面的研究:1 受控五杆机构运动动力学分析;忽略杆件的弹性变形,运动副之间的摩擦、间隙,采用解析法对受控五杆机构进行运动分析.在对机构运动分析的基础上,建立了基于拉格朗日方程的系统动力学模型,并利用此模型求得了主动件在一定转速下所需的平衡力矩以及受控原动件移动所需的推力;2 受控五杆机构控制系统的研究;此机构采用电气驱动,控制方案采用PC机+Turbo PMAC(1)运动控制器.利用经典的PID控制算法,通过调节PID参数实现了交流伺服电机和直线电机的协调运动;3 四杆机构和受控五杆机构输出轨迹的实验;在初始四杆机构的基础上,引入不同的补偿运动获得了不同的输出轨迹,从而从实验上说明了受控五杆机构可以精确实现任意给定运动.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1机构学研究现状和发展展望

1.2精确实现给定运动的国内外研究现状

1.3本文研究的内容及意义

1.3.1本文研究的内容

1.3.2本文研究的意义

1.4课题的来源

第二章受控五杆机构运动动力学分析

2.1引言

2.2受控五杆机构运动分析

2.2.1受控五杆机构的机构综合

2.2.2受控五杆机构运动分析

2.3受控五杆机构动力学分析

2.3.1基于拉格朗日方程的系统动力学模型的建立

2.3.2算例

2.3.3计算结果分析

2.4本章小结

第三章控制系统硬件选择及系统结构

3.1引言

3.2直线电机的选择

3.2.1直线电机的发展和应用

3.2.2直线电机的分类

3.2.3传统的步进进给的缺陷和使用直线电机的优点

3.2.4直线电机的选择

3.3交流伺服电机的选择

3.3.1交流伺服电机和直流伺服电机性能比较

3.3.2交流伺服电机结构形式的选择

3.3.3交流伺服电机性能指标的选择

3.4 Turbo PMAC(1)运动控制器

3.4.1概述

3.4.2 Turbo PMAC(1)的结构、原理及功能

3.4.3 Turbo PMAC(1)运动程序及运动模式

3.4.4 SPLINE1和SPLINE2模式

3.5检测元件的特点与应用

3.6系统硬件框图的构成

3.7本章小结

第四章基于Turbo PMAC(1)的控制系统PID参数的调节

4.1引言

4.2系统硬件连接

4.3 Turbo PMAC(1)对电机伺服环的调节

4.3.1交流伺服电机速度环PID参数的调节

4.3.2交流伺服电机位置环PID参数的调节

4.4本章小结

第五章控制指令的设计及实验

5.1引言

5.2控制指令的设计

5.2.1补偿运动的计算

5.2.2控制指令的设计

5.3基于Turbo PMAC(1)的运动程序和PLC程序的编写

5.3.1运动程序的编写

5.3.2 PLC程序的编写

5.4四杆机构与受控五杆机构运动实验

5.4.1四杆机构实验

5.4.2受控五杆机构实验

5.5误差分析

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

致谢

攻读硕士学位期间从事的研究工作及发表的论文

参考文献