平面3-rrr并联定位平台及控制系统设计

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1、硕士学位论文平面3-RRR并联定位平台及控制系统设计DesignofPlanar3-RRRParallelPositioningPlatformandControlSystem作者：徐晗导师：李威教授中国矿业大学二〇一五年五月中图分类号TP271学校代码10290UDC621密级公开中国矿业大学硕士学位论文平面3-RRR并联定位平台及控制系统设计DesignofPlanar3-RRRParallelPositioningPlatformandControlSystem作者徐晗导师李威申请学位工学硕士培养单位机电工程学院学科专业机械电子工程研究方向并联定位平台设计答辩委

2、员会主席评阅人二○一五年五月论文审阅认定书研究生徐晗在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢向所有在我攻读硕士期间给予我帮助和指导的人致以最诚挚的谢意！衷心感谢我的导师李威教授，本人在课题组期间的研究工作，主要是在李老师的教导和指引下完成的。李老师严谨的学术作风、宽阔的学术视野、对问题深入浅出的理解、对学生无微不至的关怀，是我从事科研工作的强劲动力和坚实后盾。特

3、别是李老师对于学生遇到困难时的悉心的开导和答疑解惑，对于学生面临抉择时的理解和支持，都让我感到由衷的感动和幸运。“师者，所以传道受业解惑也”，在以后的知识积累和人生历练中，我都将以李老师为楷模，再次感谢李老师！感谢课题组的范孟豹老师、杨雪锋老师、王禹桥老师。感谢他们三年来对我学习的指导和帮助，对我生活的关心。感谢他们在科研研讨中提出的意见和建议，是我得以不断发现问题，解决问题，这对我的科研工作大有益处。范孟豹老师沉稳的学术态度和敏锐的眼光，杨雪锋老师过硬的技术能力，王禹桥老师丰富的人生阅历和见解，都是我坚持不懈的学习目标。感谢刘玉飞博士对我三年来的指导，作为师兄，在学

4、术上，他一步一步的带领我进入课题研究，不断地给予有益的建议和指导，是我得以快速进入课题；在生活上，我们共同探讨各种问题，互相启发，使我受益良多。刘玉飞博士踏实的研究态度，宽阔的视野，广泛的兴趣以及“上知天文，下知地理”的博学，亦是我努力的方向。感谢实验室的杨海博士、许少毅博士，感谢实验室的同年战友魏华贤、应葆华、刘芳沁，感谢已经毕业的罗成名博士、辛改芳硕士和于延川硕士，感谢实验室的各位师弟师妹，感谢大家三年来的陪伴和支持，使我收获良多，受益匪浅，使我渡过了难忘的三年研究生生涯。感谢一直关心和支持我的父母以及亲朋好友，我成长过程中一点一滴的进步都离不开他们的支持与鼓励，

5、他们的关注和信任是我前进的动力和源泉。最后，感谢所有关心、支持和帮助过我的老师、同学和亲友们。感谢国家自然科学基金项目“基于能量特性的柔性并联精密定位平台抑振控制研究”(项目号：51305444)和江苏省科技支撑计划项目“显微操作并联精密定位平台系统研制”(项目号：BY2014028-06)的大力资助。最后，衷心感谢在百忙之中审阅本文的各位专家！摘要三自由度并联定位平台作为一种典型的并联机构，具有广泛的应用前景。本文设计了一种平面3-RRR并联定位平台及其控制系统，为后续精密定位平台系统的研制以及振动抑制研究提供基础实验平台。首先，建立了平面3-RRR并联定位平台的运

6、动学反解模型和运动学正解模型，通过Broyden法数值求解，基于一阶影响系数法研究了定位平台的奇异位形问题，推导了最大工作空间和定姿态工作空间的表达式，并分析了不同结构参数和转角下工作空间的变化规律。其次，通过理论建模和有限元仿真研究了定位平台主动杆和连杆的模态特性，得出了理论模型和有限元仿真的一致结果；分析了定位平台的模态特性及其在特定轨迹下的模态频率特性和和振型变化规律，给出了指导系统运动控制的有益建议。再次，建立了PC+运动控制卡+步进电机+检测系统的经济、开放式控制硬件系统，通过实验测试分析了驱动器细分倍数对步进电机振动特性的影响；设计了位置转角检测系统并推导

7、了位置转角测算公式；利用LabVIEW软件设计开发了控制系统，设计了闭环PID算法，提出了奇异规避的方法，结合模态分析结果，给出了系统的避振控制方法。最后，设计了定位平台的模态实验方案，测试了定位平台及其主动杆的模态特性，通过与仿真结果对比表明，前四阶固有频率误差均小于10%，仿真模型和实验模型分析结果基本吻合；通过实验测试了控制系统的轨迹跟踪性能，结果表明闭环控制下系统具备较好的轨迹跟踪性能。该论文有图77幅，表18个，参考文献89篇。关键词：平面3-RRR并联定位平台；运动正解；工作空间；模态分析；运动控制IAbstractAsatypicalp