并联六自由度转台液压控制系统研究

摘    要

本论文中所研究的并联六自由度转台是机、电、液一体化综合产物，它还涉及到机构学、运动学、动力学以及控制系统方面的知识。本文主要完成了液压伺服系统的设计并建立了伺服控制系统的数学模型，对其仿真分析。
首先，对转台进行了位置正解和反解的分析，它是机构分析的基本任务，也是机构速度、加速度、受力分析、误差分析、空间分析、动力分析和机构综合等的基础。并对并联六自由度驱动转台的轨迹规划和生成进行了介绍。
其次，建立了单出杆油缸和电液伺服阀的数学模型，得出系统传递函数。并在无干扰和有干扰的情况下，对系统进行了仿真分析。由于系统不能满足控制精度要求，对系统进行了PID校正，在详细地介绍了PID控制及其基本的参数整定方法的基础上，深入研究了单神经元、BP神经网络的PID控制参数优化方法。仿真结果表明该方法具有很好的控制效果，得出了比较满意的电液位置伺服控制系统。

关键词：并联六自由度转台；轨迹规划；运动学；电液位置伺服系统

ABSTRACT

6-DOF parallel Motion Platform studied in the topic is a product that integrated mechanical、electronic and hydraulic technology. It involves many knowledge fields, such as mechanism、kinematics、kinetics and control system etc. The paper mainly accomplished the design of mechanical entity and hydraulic servo system and established mathematical entity and hydraulic servo system, emulated and studied the system.
First, designs the mechanical entity and analyses the forward and backward solution about its motion pose and position. It is not only the basic task of analysis of machine motion, but also the basics of speed、acceleration、the analysis of mechanics、the analysis of deviation、the analysis of space、the analysis of kinetics and mechanism integration of the machine. The paper accomplishes the contrail layout and generating about the motion platform.
Then, the mathematical model of pneumatic cylinder and electro-hydraulic servo valve, the transfer function of the system is gained. The author does some simulation analysis about the system with disturbance and without disturbance. Because the system need not control accuracy of the system, the author applies PID emendation, The methods of intelligent PID control are studied systematically in this paper． Firstly， PID control and its basic parameters auto-tuning methods are introduced in detail． Then， single neural element and BP neural network are studied deeply, PID control parameters fuzzy optional algorithm and PID control parameters optional algorithm based on genetic algorithm are also studied. The simulation results showed that this method had achieved good control effect, gains more satisfactory electro-hydraulic position servo control system.
 
  Keyword：6-DOF parallel Motion Platform；kinematics；contrail layout；electro-hydraulic position servo control system

目    录

第1章  绪论 1
1.1　研究的目的和意义 1
1.2  国内外研究动态 1
1.2.1  并联六自由度转台国外研究动态 1
1.2.2  并联六自由度转台国内研究动态 2
1.2.3  转台研究前景 3
1.3  并联六自由度转台动态分析 4
1.3.1  转台的结构分析 4
1.3.2  转台机构学理论研究动态 5
1.3.3  转台液压控制系统的研究动态 7
1.4  本文研究的主要内容 8
第２章  并联六自由度转台机构分析 9
2.1  引言 9
2.2  转台的并联机构分析 9
2.3  转台机构位置反解分析 10
2.3.1  广义坐标建立 10
2.3.2  坐标变换矩阵 11
2.3.3  转台位置反解 13
2.4  转台机构位置正解分析 14
2.5  转台机构动力学简介 15
2.6  本章小结 16
第3章  并联六自由度转台轨迹规划 18
3.1  引言 18
3.2  转台轨迹规划 18
3.2.1  轨迹规划内容 18
3.2.2  轨迹规划过程 18
3.3  转台轨迹生成 21
3.4  转台位置控制算法程序框图 22
3.5  本章小结 22
第4章  并联六自由度转台控制系统设计 23
4.1  引言 23
4.2  转台控制系统的设计 23
4.2.1  转台液压驱动方式比较确定 23
4.2.2  控制系统总体结构 25
4.2.3  控制系统各部分的主要功能 25
4.3  转台单杆液压伺服控制系统设计 27
4.3.1  电液伺服系统分析介绍 27
4.3.2  阀控位置伺服系统原理 28
4.3.3  电液伺服阀的结构及组成原理 29
4.4  转台单杆电液伺服控制系统数学建模 30
4.4.1  电液伺服阀数学模型 30
4.4.2  单出杆液压缸数学模型 33
4.4.3  系统方块图 37
4.5  本章小结 38
第5章  转台控制律研究及仿真 39
5.1  前言 39
5.2  经典PID控制算法 39
5.2.1  PID控制方法简介 39
5.2.2  PID控制器参数调整 40
5.2.3  系统仿真 41
5.3  基于单神经元网络的PID智能控制 43
5.3.1  单神经元模型 43 
5.3.2  几种典型的学习规则 44
5.3.3  单神经元自适应PID控制 45
5.3.4  改进的神经元自适应PID控制 46
5.3.5  系统仿真 47
5.4  基于BP神经网络整定的PID控制 48
5.4.1  基于BP神经网络的PID整定原理 48
5.4.2  系统仿真 53
5.5  本章小结 54
结论 55
参考文献 57
致谢 62
 
第1章 绪论

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