高精度六自由度并联平台控制系统设计

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:feixiang_16
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为保证大型望远镜的成像质量,需要通过次镜调整机构对次镜的位姿进行调整。而六自由度并联平台因其相对串联构型的高精度、高刚度优点,被广泛应用在次镜调整机构中。但由于次镜调整机构的小尺寸、高精度的要求,尚未出现符合要求的国产六自由度并联平台,目前国内高精度并联平台仍旧依赖进口。为改变这一现状,实现次镜调整机构的国产化,本实验室与长光所合作进行一款高精度并联平台的研制。本文对并联平台的运动学正反解、运动控制、零点确定进行了研究,并完成了控制系统的软硬件设计。主要研究内容如下:首先介绍了并联平台的结构,建立了其运动学模型,并给出了位置反解的解析形式。接着介绍了两种位置正解方法,高斯-牛顿法和神经网络法。按照各自的特点,两种正解求解方法分别被应用到精确位姿的计算和平台三维模型实时显示中。其次介绍了并联平台的控制策略。在工作空间中对平台进行轨迹规划,保证平台平稳运行,且不会超出工作空间。在关节空间中对支腿的速度-电压关系进行建模与辨识。将获得的模型信息引入线性扩张状态观测器中,得到模型辅助的线性扩张状态观测器,加快了观测状态的收敛速度。在速度环采用自抗扰控制器,取得了良好的控制效果。在位置环采用P+前馈的复合控制策略,取得了对规划曲线较好的追踪精度,并能够较快的稳定在最终目标位置。接着对所设计的并联平台控制系统的软硬件实现进行了介绍。详细介绍了使用DSP+FPGA的架构实现的下位机硬件设计、FPGA中增量式编码器接口电路和T法测速电路的设计、DSP中下位机软件的设计及利用LabVIEW进行的上位机软件的设计。随后又介绍了通过特殊设计的增量式编码器接口电路,利用支腿中限位信号和增量式编码器零位参考信号进行零点确定的方法。实验表明该种方法可极大降低传统利用限位信号和零位参考信号寻零时零点偏移的风险。最终,进行了并联平台运动控制实验,实验表明在本文所设计的控制系统控制下,平台运动过程平稳,且能够快速稳定在目标位姿。
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