六自由度柔索驱动并联机构的联合仿真分析

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索驱动并联机构(Wire Driven Parallel Mechannism,WDPM)通过两端分别连接在固定平台与动平台的多根柔索的协调控制来实现动平台空间位姿的调整。由于柔索只能承受拉力,需要冗余力来实现力闭合,机构的动力学模型复杂;WDPM系统是个多输入多输出的非线性系统,由于系统本身的复杂性和柔索自身的非线性导致机构轨迹跟踪的精确控制成为研究难题。本文运用ADAMS/Simulink完成了WDPM系统的动力学仿真分析、控制系统设计和系统的有效控制,具体研究工作包括:  构建了六自由度WDPM系统的动力学模型。运用 Newton与 Largrange法完成了WDPM系统的动力学分析,基于MATLAB实现了系统的逆动力学模型的仿真,仿真结果显示六自由度WDPM力学模型是合理的,从而为系统控制模型的建立奠定了理论基础。  完成了六自由度WDPM虚拟样机的设计和仿真分析。在 ADAMS中结合杆单元和Bushing运动副构建了驱动索模型并确定了索模型中的刚度、阻尼等重要参数。结合WDPM系统的实际机构参数,创建了WDPM其他部件的虚拟模型。通过样机的动力学仿真分析验证了该虚拟样机动力学模型的正确性。导出了ADAMS/Simulink联合控制的控制模型。  实现了基于ADAMS结合Simulink的六自由度WDPM系统控制的联合仿真分析。在MATLAB/Simulink环境下设计了WDPM的控制系统,其中内环选用计算力矩控制算法,外环选用PD控制法。结合ADAMS控制模型与控制律设计完成了WDPM的交互式仿真系统的分析,通过动平台末端的空间圆轨迹和直线规划轨迹显示了所设计的控制算法能降低系统的跟踪误差,可以保证系统的跟踪误差达到0.2-0.3mm,研究结论为WDPM控制系统的硬件设计奠定了理论基础。
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