五杆并联机床的半闭环PID控制及其参数整定

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近年来并联机床的发展已成为机床研究领域的热点之一,与串联机床相比,并联机构具有刚度大、结构稳定、精度高、移动速度快、易于实现模块化设计等优势,在科学研究和工业生产中获得了广泛的关注。本文以五杆并联机床为研究对象,对其运动学问题、伺服控制系统PID控制器参数的调整、轨迹控制等方面进行了理论与实验研究。  对五杆并联机床的机构组成以及结构特点进行了分析,建立了五杆并联机构平面坐标系,通过解析法得到了机床的位置正反解模型,基于机床位置正反解模型进行了速度、加速度的分析;分析了并联五杆机构的工作空间,对机床末端执行器进行了轨迹规划,运用MATLAB对机床以及规划轨迹进行了仿真,从而获得了规划轨迹下的两驱动杆速度、角速度等曲线图,为轨迹控制实验奠定了基础。  研究了机床控制系统,阐述了控制系统的总体结构以及主要硬件配置,分析了五杆并联机床控制系统,建立了交流伺服控制系统的数学模型;运用MATLAB/simulink搭建了交流伺服控制系统的Simulink模型和五杆并联机构的simMechnics模型;通过对末端执行器的运行状态进行仿真,获得了机床末端执行器的运行轨迹以及两驱动杆速度、角速度曲线。  介绍了PID控制的原理和PID控制器参数整定的方法;采用试凑法,对比控制系统在以单位阶跃信号作为输入下不同PID控制器参数下的仿真曲线,从而整定出了合适的PID控制器参数;对整机进行了建模仿真,并对其在整定PID参数下与未整定PID参数下的仿真结果进行了比较,结果表明控制系统整定PID控制器参数后对系统减少超调量以及加快响应时间是有效的。  搭建了轨迹控制实验系统,开发了并联机床控制界面,完成了机床在整定PID控制器参数和未整定PID控制器参数下的轨迹控制运行实验,通过对实验数据进行比较分析,可以发现对PID控制参数进行整定之后机床控制精度得到了一定的改善。
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