液压驱动多自由度机器人前馈控制方法研究

作     者：王祥瑞 

作者单位：沈阳工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁全;高秀峰

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：PID 前馈控制 轨迹跟踪 液压系统 二自由度系统 

摘      要：随着经济和科学技术的不断发展,工业生产效率一定需要不断的去提高和改善,因此企业对复杂机构的高精度控制的要求也越来越高,研究人员长期以来一直在寻找能够获得更高控制性能的先进控制方法,当下比较先进的解决方案是使用基于动力学的控制,也就是基于前馈加反馈控制。本文将以一自由度和二自由度机器人系统作为研究对象,分别采用PID控制和前馈控制两种控制方法进行轨迹跟踪仿真实验,通过仿真实验对控制器的控制性能做综合对比,选择出控制性能更佳的控制器。首先,本文对机器人机构和前馈控制做了简要的说明,由于将前馈控制直接建立在子系统动力学基础上可以看作是解决复杂系统控制问题的有效方法,本文根据基于子系统动力学的前馈控制的研究方法和二自由度机器人的结构特点,建立了完整的运动学和动力学模型,进一步来说明基于子系统动力学的前馈控制作用在机器人系统上是如何工作的。其次,对液压驱动系统进行了数学模型的建立,以及传递函数的转换。根据PID控制和前馈控制的特点,对两种控制方法设计了控制器,在Amesim中搭建了适合两种控制器的质量块模型,进行仿真,验证了控制器设计的正确性。然后,在MATLAB环境下,对该机器人运动学参数和控制器参数进行了设计,利用工具编写了程序语句,搭建一、二自由度机器人的几何模型和运动学模型,并对机器人的轨迹跟踪进行了仿真。本文还利用Simulink搭建了二自由度系统的模型进行仿真,通过调整前馈控制器参数,达到了良好的控制效果,验证了前馈控制的有效性。之后,在Amesim中搭建了液压驱动一、二自由度系统模型,利用轨迹跟踪实验来分析前馈控制的控制效果,通过PID控制与前馈控制的控制性能的综合对比来说明前馈控制的优越性。最后,考虑到前馈控制的控制参数对系统的跟踪效果的影响,通过对前馈控制中的三种控制参数进行不同数值的仿真比较,分析不同的控制参数对系统的不同影响。