平面并联定位平台运动学分析及控制系统设计

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1、硕士学位论文平面并联定位平台运动学分析及控制系统设计TheKinematicsAnalysisandControlSystemDesignofPlanarParallelPositioningPlatform作者：须晓锋导师：李威教授中国矿业大学二〇一六年五月中图分类号TP271学校代码10290UDC621密级公开中国矿业大学硕士学位论文平面并联定位平台运动学分析和控制系统设计TheKinematicsAnalysisandControlSystemDesignofPlanarParallelPositioningPlatform作者须晓锋导师李威教授申请学位工学硕

2、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运动控制答辩委员会主席肖兴明评阅人二○一六年五月论文审阅认定书研究生须晓锋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、

3、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

4、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。感谢实验室的罗成名博士、许少毅博士、杨海博士、魏华贤博士、徐晗硕士、应葆华硕士、刘芳沁硕士、辛改芳硕士和于延川硕士，感谢实验室的同年战友，路恩博士、鞠锦勇博士、杨康、王茗、谢伟、侯鹏磊，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

5、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，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。最后，衷心感谢在百忙之中审阅本文的各位专家！摘要随着科学技术的飞速发展，生物工程、微电子技术、航空航天等学科已经进入了“亚微米—纳米”时代，各应用领域对系统操作精度的要求也越来越高。宏微双重定位平台系统不仅具有宏动定位平台运动范围大、运动速度快的优点，同时也具备了微动定位平台定位精度高、响应速度快的优点，具有广泛的应用前景。本文基于国家

6、自然科学基金“基于能量特性的柔性并联精密定位平台抑振控制研究”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”，对宏微双重精密定位平台系统中的宏动定位平台—平面并联定位平台，进行运动学分析和控制系统设计，为后续宏微双重定位平台系统的研制提供技术支撑。主要开展了以下研究：首先，分析了平面并联定位平台的的结构特点及自由度，建立了并联定位平台的运动学反解模型，讨论了并联定位平台的奇异性问题，给出了判断奇异性的一般方法并列举了某些奇异位形，分析了并联定位平台的最大工作空间和定方位工作空间并确定了一个并联定位平台的可执行工作空间。其次，建立了平面并联定位平台的Pro

7、/E模型，通过Pro/E软件和MATLAB软件的关联导出了并联定位平台的SimMechanics模型，在SimMechanics模型中添加了驱动、检测等模块，用典型的直线和圆弧轨迹进行仿真，验证了平面并联定位平台模型的准确性，并实现了并联定位平台可视化动画仿真。再次，设计了平面并联定位平台的控制系统。硬件系统采用“上位机+运动控制卡+驱动器+伺服电机+平面并联定位平台+检测系统”的结构形式，软件系统采用LABVIEW和MATLAB的联合控制，主要采用“轨迹离散+插补运动+实时反馈”的控制思想。分析了MPC08运动控制卡的控制功能和优点，进行了伺服电机