电液伺服平面冗余驱动机构结构优化及控制研究

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1、硕士学位论文电液伺服平面冗余驱动机构结构优化及控制研究STRUCTURALOPTIMIZATIONANDCONTROLSTUDYOFELECTRO-HYDRAULICSERVOPLANARREDUNDANTMECHANISM闫飞越哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP271.31学校代码：10213国际图书分类号：681.527.08密级：公开工学硕士学位论文电液伺服平面冗余驱动机构结构优化及控制研究硕士研究生：闫飞越导师：郑淑涛副教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授

2、予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP271.31Schoolcode:10213U.D.C:681.527.08Securityclassification:publicDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTRUCTURALOPTIMIZATIONANDCONTROLSTUDYOFELECTRO-HYDRAULICSERVOPLANARREDUNDANTMECHANISMCandidate：YanFeiyueSupervisor：AssociatePr

3、ofessorZhengShutaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要并联机构以刚度高、承载能力强、惯量小以及误差不累积等优点，在运动

4、模拟、并联机床、微动机构以及机器人操作等领域得到了广泛应用。其性能的好坏直接影响着相关行业技术水平的进步，成为一个国家工业技术发展水平的重要标志。对并联机构及其控制策略进行研究具有重要意义。本文以液压驱动振动环境模拟试验系统的水平向作动器与运动平台构成的平面冗余驱动机构为研究对象。考虑到阀控缸液压伺服系统效率低的特点，对机构的结构参数进行优化，在推导机构自由度空间与关节空间运动传递关系和力变换关系的基础上，建立以液压驱动系统总功率最小为优化目标的优化设计数学模型，并确定约束条件。利用遗传算法进行优化设计计算，得到优化假设条件下液

5、压驱动系统总功率最小的机构需要满足的条件，把优化结构与作动器正交布置的经典结构的主要性能参数进行对比分析，验证优化设计方法的有效性和可行性。用拉格朗日方法建立平面冗余驱动机构的多刚体动力学模型，以优化设计得到的优化结构为对象，进行正动力学计算，并与adams的动力学仿真结果进行对比，验证所建立的多刚体动力学模型的正确性。根据系统的动力学模型，把液压缸等效为液压弹簧，得到系统在自由度空间的振动方程，分析偏心负载带来的动力学耦合问题。对机构与偏心负载构成的系统进行理论模态分析，得到系统的模态矩阵和其它模态参数。并建立模态空间与物理空

6、间的映射关系，为用模态空间控制解决物理空间耦合的问题奠定基础。针对偏心负载带来的动力学耦合，引起的自由度通道之间的耦合问题，对机构的控制策略进行研究，解决自由度通道之间的耦合问题。考虑到模态空间主振型关于质量阵和刚度阵的加权正交性，引入模态坐标变换，把耦合的物理空间动力学方程化为解耦的模态空间动力学方程，对引入模态空间三状态反馈控制的系统闭环传递函数矩阵进行分析，得到各阶模态通道动态特性的一致性是实现自由度通道解耦的一个充分条件的结论。在模态空间进行三状态反馈控制器的设计，分别独立调节各阶模态通道的动态特性，使其满足自由度通道的

7、解耦条件。通过频域和时域仿真分析验证本文提出的自由度通道解耦条件的正确性。关键词：平面并联机构；结构参数优化；模态空间控制；解耦控制I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractBecauseofthehighstiffness,strongbearingcapacity,smallinertiaandnoerrorcumulative,parallelmechanismhasbeenappliedinmanyareas,suchasmotionsimulation,parallelmachinetool,micro-moti

8、onparallelmechanismandrobotmanipulator.,andtheperformanceofwhichhasanimportanteffectontheprogressofrelevantindustry,andcanbeconside