一种五自由度打磨并联机构的柔顺控制研究

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为了提高当前飞机维修领域中复合材料蒙皮的打磨效率,课题组提出了一种带有复合驱动支链的五自由度并联机构,期望代替人工进行打磨工作。为了避免在打磨过程中因接触力过大而损坏蒙皮和机构,本文对该并联机构在接触力方向的柔顺控制开展了深入研究,主要内容有:建立了机构的刚体动力学模型。首先,本文对机构进行了适当简化,忽略轴承、螺栓等零件,对其中的杆件、滑块以及动平台进行了运动学分析,得到这些构件质心处的位移、速度。然后,采用拉格朗日法构建了刚体动力学模型。最终,在MATLAB软件中建立了机构的理论模型,在ADAMS软件中构建了机构的仿真模型,通过对比理论与仿真结果,验证了模型的准确性。对机构进行了动力学参数辨识方法研究。通过分析机构的运动情况,筛选机构中部分参数组成参数集进行仿真辨识研究。按照机构的自由度方向和工作空间分布规划合适的激励轨迹,在ADAMS软件建立的模型中提取多个采样点处驱动力矩的仿真值,并在MATLAB软件中基于动力学理论模型得到驱动力矩的计算值。通过力矩计算值与仿真值的误差建立适应度函数,采用粒子群算法搜索采样点处具有最优适应度的参数集。定义力矩偏差度作为判断辨识精确度的标准,证明了参数辨识方法的可行性与准确性。为将来研究动力学相关问题或者先进控制理论等奠定基础。针对蒙皮打磨工作对柔顺接触力的需求,对自适应阻抗控制进行了研究。首先,针对传统阻抗控制在复杂环境变化下的不足之处,利用自适应算法对控制系统性能进行了改进,得到自适应阻抗控制方法。然后,基于劳斯判据与稳态误差对该方法进行了稳定性证明以及稳态跟踪精度分析。针对系统无法兼顾稳态精度与超调抑制的问题,提出切换更新率进行算法改进。最后利用SIMULINK软件进行仿真实验,验证本文提出的基于切换更新率的自适应阻抗控制的有效性。
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