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两自由度浮动多轴联动控制供排弹系统仿真研究

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两自由度浮动多轴联动控制供排弹系统仿真研究

作者：马朝也南京理工大学

学位级别：硕士

两自由度浮动多轴联动控制供排弹系统是以两自由度的结构形式,通过多轴联动完成模拟射击、高低俯仰、方位运动的供排弹系统。对供排弹系统进行仿真研究,分析不同工况下供排弹系统和火炮/自动机的力学特性,获得故障出现的原因,对于解决... 详细信息

两自由度浮动多轴联动控制供排弹系统是以两自由度的结构形式,通过多轴联动完成模拟射击、高低俯仰、方位运动的供排弹系统。对供排弹系统进行仿真研究,分析不同工况下供排弹系统和火炮/自动机的力学特性,获得故障出现的原因,对于解决并回答多年来供排弹系统和火炮/自动机的技术交接环节中出现的重大问题有重要意义。论文的主要工作有以下几点:1.以供排弹系统试验台为背景开展研究工作。针对两自由度浮动多轴联动控制供排弹系统,分析两自由度浮动多轴联动控制供排弹系统的结构特点及性能指标,包括火炮射击状态模拟台、弹箱安装平台、驱动控制系统、供输弹导引及接口、测控系统及电源和能源动力系统等,开展两自由度浮动多轴联动控制系统总体设计,设计的供排弹系统试验台是一个集成了多口径、多传感节点、多自由度、复合联动控制的综合性试验台,可以实现相关各口径系列枪炮射击过程中的前冲、后坐运动和俯仰、方位运动以及拨弹运动的模拟,对研究枪炮自动机射击过程的力学性能,特别是实时监测拨弹力提供了综合性的技术途径;2.根据试验台性能指标要求,完成两自由度浮动多轴联动控制供排弹测控系统设计。测控系统包括硬件结构组成和软件程序设计,硬件结构包括传感器和数据采集卡等硬件的选型和使用,软件程序基于Labview平台进行设计,最后实现硬件结构和软件程序的联调。设计的测控系统可以在信号采集的同时进行驱动控制信号的输出,采集结束后,进行采集数据的显示和存储,实现测控功能。3.对两自由度浮动多轴联动控制供排弹系统进行仿真分析。分析弹链的几何形态及力学特性,建立仿真模型,编写仿真程序,确定仿真需要的输入条件包括计算步长、目标航迹位置和供排弹系统中的参数等,经计算得到仿真结果,包括多方位角度下的弹链形态,射速、自动机俯仰角度和方位角度对拨弹力的影响、不同目标航迹下拨弹力的变化规律等。在对弹链形态的建模过程中,提出了一种用自适应空间平面曲线模拟弹链形态的方法,通过计算曲率,得到弹链在模拟射击过程中变化的形态特征;4.对两自由度浮动多轴联动控制供排弹系统进行联调试验。包括试验系统集成、供排弹系统试验台的安装调试、关键部位的物理信号采集试验,验证试验台系统的设计功能和性能。

关键词：两自由度浮动多轴联动控制供排弹系统 Labview平台仿真研究

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工业机械臂及多轴联动控制系统研究

中国新通信 2017年第17期19卷 157-157页

作者：卿钟军黄永松许渝东莫汝友陈杨顺桂林电子科技大学电子工程与自动化学院

在工业上,多轴机械臂联动控制系统有着广泛的应用,随着电子技术和软件技术的发展,多轴联动运动控制技术也发展迅速。如今,国外运动控制技术已经发展到了基于PC的运动控制器,而且该技术的产品已经成为市场主流。在我国,对于PC运动控制器... 详细信息

在工业上,多轴机械臂联动控制系统有着广泛的应用,随着电子技术和软件技术的发展,多轴联动运动控制技术也发展迅速。如今,国外运动控制技术已经发展到了基于PC的运动控制器,而且该技术的产品已经成为市场主流。在我国,对于PC运动控制器的应用与研究还在起步阶段,有许多问题需要研究和解决。所以工业机械臂及多轴联动控制系统是一个值得研究的课题,这方面的研究将有助于我国在工业和联动控制系统方面缩短与国外的技术差距,从而推动我国的工业发展。

关键词：机械臂多轴联动控制控制器

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对数曲线的多轴联动奇偶步插补算法设计

计算机集成制造系统 2008年第11期14卷 2261-2267页

作者：陈兴武蒋新华陈鼎宁中南大学信息科学与工程学院湖南长沙410083 福建工程学院控制与信息技术研究所福建福州350014

针对对数曲线的多轴联动控制,设计了奇偶步插补算法。把插补循环分为奇数步和偶数步,奇、偶步算式递推结合,得出奇偶步插补算法公式。测试表明,奇数步插补简明快捷,偶数步插补精度提高,在嵌入式数控系统中能进行对数曲线的多轴联动插补... 详细信息

针对对数曲线的多轴联动控制,设计了奇偶步插补算法。把插补循环分为奇数步和偶数步,奇、偶步算式递推结合,得出奇偶步插补算法公式。测试表明,奇数步插补简明快捷,偶数步插补精度提高,在嵌入式数控系统中能进行对数曲线的多轴联动插补控制,实现了锥度铣刀的精密磨削加工控制。

关键词：插补对数曲线多轴联动控制奇偶步数控系统

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石雕椭圆形廓多轴联动磨削的数学模型

中国机械工程 2010年第15期21卷 1788-1793页

作者：陈为旭张济宇福州大学福州350002

基于复杂型面的型值点,采用椭圆曲线法则,提出椭圆拟合算法,利用该算法来拟合石雕型面,得出雕像的椭圆曲线集合。控制磨削切片的回转角,使磨片的有效切削面为椭圆,通过五轴联动使磨片包络出石雕工件上的椭圆曲线,实现型面的快速精确加... 详细信息

基于复杂型面的型值点,采用椭圆曲线法则,提出椭圆拟合算法,利用该算法来拟合石雕型面,得出雕像的椭圆曲线集合。控制磨削切片的回转角,使磨片的有效切削面为椭圆,通过五轴联动使磨片包络出石雕工件上的椭圆曲线,实现型面的快速精确加工。基于五轴联动数控磨削切机,设计出椭圆型面上磨削点的多轴运动控制轨迹,推导并建立了磨削切片与石雕工件相对位置的多轴联动的数学模型,给出了五轴联动的控制模式。测试结果表明,所提出的椭圆拟合算法、多轴联动数学模型及控制模式切实可行,能高效精确地实现石雕复杂型面的自动化磨削加工。

关键词：石雕建模型面加工计算机数控多轴联动控制

线性与非线性多轴联动加工控制的插补算法及其实现

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西南交通大学学报 1993年第1期28卷 6-12页

作者：蔡淮苏菠西安交通大学计算机科学与工程系

本文在线性多轴联动插补算法的基础上,推导出非线性空间曲线的插补算法;建立了判定规则,并介绍了在此基础上使用多微机处理结构具体实现方法。

关键词：曲线加工多轴联动控制插补算法

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工业机器人时间最优轨迹规划方法研究

工业机器人时间最优轨迹规划方法研究

作者：傅振洲渤海大学

学位级别：硕士

随着“中国制造2025”及“工业4.0”等战略方针的提出,工业机器人已经成为工业智能化生产过程中的重要组成部分。然而,工业机器人能否取代人工或现有的工业自动化设备的关键因素在于工业机器人能否提高生产效率、提升产品质量以及降低... 详细信息

随着“中国制造2025”及“工业4.0”等战略方针的提出,工业机器人已经成为工业智能化生产过程中的重要组成部分。然而,工业机器人能否取代人工或现有的工业自动化设备的关键因素在于工业机器人能否提高生产效率、提升产品质量以及降低生产成本等。针对如何提高生产效率方面,可以对工业机器人的运动轨迹进行优化,使得轨迹的运行时间变短,进而提高机器人的工作效率。例如,在工业机器人进行汽车车架焊接作业时,就可以应用此方法来提高机器人的工作效率。因此,本文对过多路径点的工业机器人时间最优轨迹规划问题展开了深入的研究。通过对已有相关文献进行调研,发现仍存在以下几个主要问题有待于进一步解决。首先,机器人轨迹函数数学表达方式复杂,导致在计算轨迹运动学约束时无法使用解析法求取轨迹函数极值,而采用数值解法则会降低优化算法的求解效率。其次,现有的时间最优轨迹规划算法的优化结果仍有一定的提升空间。最后,现有大部分商品化的工业机器人无法满足轨迹规划研究的实验需要,导致研究人员无法将设计的运动轨迹用于实际机器人系统进行实验验证。基于上述问题,本文开展了相关研究工作,其主要研究内容包括如下三个方面:(1)针对第一个问题,为了使用解析方法计算轨迹约束条件,以缩短计算运动学约束条件时的运算时间。首先,本文对关节空间轨迹规划中常用的轨迹插值方法进行了调研,详细介绍了三次多项式和五次多项式的插值方法。然后,选取五次多项式来构造机器人的轨迹函数,并对多节点间的轨迹插值方法进行了详细推导,实现了同时配置轨迹起始点和终止点处的速度和加速度值。最后,通过MATLAB解出了五次多项式轨迹函数及其导数的极值点的解析表达式,实现了用解析方法求解轨迹函数及其导数的极值。(2)为了解决第二个问题,本文在考虑机械臂的关节位置约束、速度约束、加速度约束以及二阶加速度约束条件的基础上,设计了种群个体适应度函数,提出了一种基于遗传算法的时间最优轨迹优化算法,对已构造的五次多项式轨迹进行以时间最短为优化目标的轨迹优化计算。优化后的轨迹位置、速度、加速度以及二阶加速度曲线平滑连续,并且整个轨迹起始点和终止点处的速度和加速度的值均可配置为零。(3)为满足工业机器人轨迹规划研究的实验需求,本文提出一套工业机器人自定义轨迹运动控制解决方案。通过构建实际工业机器人控制系统,在此基础之上开发了自定义轨迹运动控制接口,实现了对指定自定义轨迹的运动控制,并且操作简便。最后,通过实验验证了自定义轨迹运动控制接口的实际功能。

关键词：工业机器人时间最优轨迹规划五次多项式插值多节点轨迹插值自定义轨迹运动控制遗传算法多轴联动控制

棋盘式双驱龙门动力学建模及高速高精运动控制

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棋盘式双驱龙门动力学建模及高速高精运动控制

作者：万云飞西南交通大学

学位级别：硕士

基于直线电机驱动的龙门式直角坐标运动平台具有行程长、速度快等特点,配合微动平台,有望满足目前的扫描式光刻需求,推动芯片制程继续遵循摩尔定律发展。然而传统的龙门构型刚度低且存在累计误差,其控制策略缺乏有效模型的指导,存在响... 详细信息

基于直线电机驱动的龙门式直角坐标运动平台具有行程长、速度快等特点,配合微动平台,有望满足目前的扫描式光刻需求,推动芯片制程继续遵循摩尔定律发展。然而传统的龙门构型刚度低且存在累计误差,其控制策略缺乏有效模型的指导,存在响应速度慢、同步误差大、鲁棒性不足等问题,难以为微动平台提供理想的作业环境。因此,设计了一种X-Y双边冗余驱动的棋盘式双驱龙门构型,其拥有X-Y运动解耦、结构刚度高、累计误差小等特点。对该构型进行了运动学分析;并将导轨轴承滚珠等效为均布刚度的弹簧,利用拉格朗日方法建立了龙门系统动力学方程。为实现轨迹跟踪,搭建了包括上位机、d SPACE实时控制器、Elmo驱动器和棋盘龙门机械本体在内的机电一体化系统硬件;设计了包括轨迹规划、分散式比例积分微分(PID)控制器、安全保护、回零和硬件交互等模块的运动控制软件架构,实现了安全保护、回零、实时状态监测、实时运行控制等功能。为了充分挖掘硬件系统的性能,设计了“基于模型的自适应前馈+比例微分控制反馈”的二元控制架构,用以满足模型参数不缺定性并处理外部扰动。实验表明,相较于主从PID控制策略,模型参考自适应控制算法的轨迹跟踪精度和同步性能有所提升,但前馈模型参数不收敛、反馈控制鲁棒性不足等问题限制了误差的进一步减小。针对前述问题,在先进多轴联动控制算法中,提出了一种同时基于跟踪误差和预测误差的复合自适应律来更新前馈模型参数,扩大了模型参数信息的来源途径,从而获得了更好的前馈控制效果;反馈控制部分在传统的PID控制器基础上,增加了误差符号的鲁棒积分项,其增益由一阶自适应律来更新,这提供了控制带宽的精细调整。此外,建立了操作空间与关节空间PID控制器间的映射关系,为控制器参数整定提供了初始参考。实验表明,所提出的多轴联动控制算法的性能相较于传统方法有明显提升。综上所述,本文设计了棋盘式双驱龙门构型并推导了其动力学方程,搭建了龙门运动控制系统硬件及软件架构,对模型参考自适应控制算法进行了探索,最终开发了先进多轴联动控制算法。所研究的龙门机电一体化运动控制系统可以在分米级大行程内实现微米级快速精确定位,有望为半导体制造、精密测量、集成电路组装应用提供有效的解决方案。

关键词：双驱龙门动力学建模轨迹跟踪自适应控制多轴联动控制

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凸轮磨削的建模与控制

凸轮磨削的建模与控制

作者：郭盟吉林大学

学位级别：硕士

面对磨削加工数字化、智能化、柔性化以及精密化的发展趋势，为推动国内在数控凸轮轴磨削领域的理论研究，同时提高国内数控凸轮轴磨削的实践水平，本课题应用反转法探讨了不同从动件下凸轮旋转角度与砂轮进给量之间的数学关系，并结合... 详细信息

面对磨削加工数字化、智能化、柔性化以及精密化的发展趋势，为推动国内在数控凸轮轴磨削领域的理论研究，同时提高国内数控凸轮轴磨削的实践水平，本课题应用反转法探讨了不同从动件下凸轮旋转角度与砂轮进给量之间的数学关系，并结合一些影响数控凸轮轴磨削效率及精度的要素，建立了凸轮旋转轴和砂轮进给轴各个单轴以及基于二者的多轴联动控制系统模型并搭建了仿真平台;与此同时，以西门子SINUMERIK840D数控系统为开发平台，利用提供的OEM软件包，成功二次开发了满足凸轮轴磨床特殊加工工艺的OEM软件，并在实际磨削实验中获得了验证。其主要研究内容如下：1.推导出凸轮旋转角度与砂轮位置的数学关系。针对凸轮轮廓型线复杂的特殊情况，利用反转法原理(Principle of Reversion)解决了由于凸轮和从动件之间联动所带来的不便，设计了不同导杆下凸轮的轮廓，继而推导出砂轮中心点的运动轨迹坐标表达式，并据此建立了砂轮位置和凸轮转角之间的数学模型，为下一步OEM软件的二次开发以及多轴控制系统建模提供研究基础。2.开发出满足数控凸轮轴磨床特殊加工工艺的OEM软件。在Siemens840D数控系统平台之上，结合OEM(Original Equipment Manufacturer)软件开发包，充分利用Visual Basic和VC++的接口，结合VB集成开发环境与VC++动态链接库，并加入了砂轮的叠加进给算法和速度优化策略。3.建立凸轮旋转轴(C轴)和砂轮进给轴(X轴)单轴模型及多轴联动控制系统模型并搭建了仿真平台。基于机理分析法建立了C轴、X轴机械环节的传递函数模型;由内而外逐步推导出数控凸轮轴磨床三环(电流环-速度环-位置环)控制系统数学模型，然后建立了C轴、X轴各自的控制系统模型。由于仅仅提高单轴控制精度已经很难大幅提高整个控制系统的成品磨削精度，基于前面建立的单轴控制系统模型，综合影响凸轮磨削精度的因素，建立了多轴联动控制系统模型并应用Matlab中的SIMULINK工具箱搭建了系统仿真平台，为进一步研究数控凸轮轴磨床的磨削机制提供了理论基础。4.引入速度优化策略，试验验证优化前后模型的可靠度。根据Matlab只能处理离散数据的特点，凸轮升程表中的旋转角度和升程经过相应计算后，分别与离散化后的时间一一对应，导入理论模型，获得仿真后的凸轮旋转角度、升程值，提出了速度优化算法，随后给出了经速度优化后的模型轮廓误差和实际磨削凸轮轮廓误差图，经对比分析，验证了模型的可靠性以及优化策略的可行性。综上所述，本课题在凸轮轮廓计算、数控凸轮轴磨床OEM二次开发、三环控制系统建模及Matlab仿真平台搭建和模型可靠性验证方面作了相应研究。当然，尚存在一些问题有待深入研究，如复杂控制策略在三环控制系统中的应用、利用虚拟磨削技术建立系统的自学习-自维护功能以及砂轮恒线速磨削等。

关键词：数控凸轮轴磨削 OEM软件二次开发三闭环系统建模多轴联动控制速度优化

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摩托车自动驾驶仪的开发与应用

摩托车技术 2009年第8期 48-50,53页

作者：沈立柱张煊王礼强谢学辉毛杰任京乐郑伟天津摩托车技术中心天津科达动力测控技术有限公司

为适应国Ⅲ标准中对摩托车进行排放耐久试验的需要,结合国内车辆和使用实际情况,开发了能够自动操纵摩托车的自动驾驶仪。自动驾驶仪采用"类驾驶员"一体化结构,着力点、施力方式等可完全按照人的习惯进行设计,执行器的拟人化特点更为突... 详细信息

为适应国Ⅲ标准中对摩托车进行排放耐久试验的需要,结合国内车辆和使用实际情况,开发了能够自动操纵摩托车的自动驾驶仪。自动驾驶仪采用"类驾驶员"一体化结构,着力点、施力方式等可完全按照人的习惯进行设计,执行器的拟人化特点更为突出,执行器与车辆的匹配和配合非常合理,试验人员调整执行器更易于理解。

关键词：摩托车自动驾驶仪类驾驶员多轴联动控制人工智能