超声电机驱动机器人鲁棒性控制研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文超声电机驱动机器人鲁棒性控制研究姓名：帅双辉申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：孙志峻20071201南京航空航天大学硕士学位论文摘要超声电机是一种全新结构和原理的新型电机它具有低速大转矩及断电自锁等特性足以使其成为较理想的小型机器人执行器,在众多领域中有着广泛的应用前景目前超声电机从理论到设计制造技术都取得了实质性突破制约其进一步发展的一个主要瓶颈是其实际应用还未全面展开这使得应用研究成了超声电机新的重要的研究课题为了研究超声电机的控制策略以应用于空间机器人本文以超声电机为

2、驱动器研制了一个多关节机器人系统其控制目标是轨迹精确跟踪和速度平稳运动首先机器人的设计采用了虚拟样机技术运用三维机械设计软件SolidWorks设计了多关节机器人为了验证机器人的性能利用Adams进行了运动学和动力学仿真同时对机器人的控制操作界面进行了设计其次由于超声电机响应速度极快很难采用普通电机的控制方法通过大量的位置反馈和速度反馈控制实验本文提出了速度位置联合反馈控制系统并采用了田口法优化了机器人的控制参数分析了相应控制算法的稳定性在实际应用上达到了较好的控制效果最后根据模糊控制原理并结合PID控制提出了一

3、种自调节模糊PID控制方案控制结构中采用模糊系统去补偿过程的不确定性不仅可以获得较好位置精度而且确保了运行的平稳性在实际应用上取得了好的控制效果关键词:超声电机多关节机器人PID控制田口法自调节模糊控制I超声电机驱动机器人鲁棒性控制研究ABSTRACTTheultrasonicmotor(USM)isanovelmotorwithcompletelynewstructureandnewdrivingprinciple,whichisexpectedtobeusedinmanyimportantfields.Rec

4、ently,substantivebreakthroughhasbeenaccomplishednotonlyintheUSM’stheory,butalsoinitsdesignandmanufacturetechnique.WhatpreventstheUSMfromfartherdevelopment,today,isthatithasnotbeenusedinengineeringaswidelyasitisexpected.Therefore,ithasbecomeoneofthemostimporta

5、ntthingstoacceleratetheindustrializationapplicationstepoftheUSM.InordertoexamineUSMscontrolstrategiesforthenextgenerationofspacerobots,thispaperdevelopedamultiplejointrobotdrivenbyultrasonicmotorsandthegoalsoftherobotcontrolareaccuratetrackingandsmoothmovemen

6、toftherobot.Firstly,VirtualPrototypingTechnologyhasbeenadoptedinthedesignperiodoftherobot.Themulti-jointrobothasbeendesignedbymeansofSolidWorks,whichis3Dmechanicaldesignsoftware.Inordertoensuretheperformanceoftherobot,kinematicandkineticsimulationoftherobotha

7、sbeenanalyzedbymeansofAdams.Theinterfaceofcontrolsoftwarehasalsobeendesigned.Secondly,duetotheveryquickresponseofUSMs,controlstrategiesofelectromagneticmotorsarehardtobeappliedintherobotdrivenbyUSMs.Basedonthelargeexperimentsofpositionfeedbackcontrolandveloci

8、tyfeedbackcontrol,avelocity-positionfeedbackcontrolsystemhasbeenproposed.Thisnewcontrolsystemisakindofdouble-loopfeedbackcontrol,whichisonthebasisofvelocityfeedbackandassistedwithposition