多轴联动并联调姿装备控制系统开发与研究

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在航天装备调姿对接领域,传统的作业方式完全依靠人力手工完成,对于并联机构来讲,动平台末端位姿取决于各个支链运动的耦合,因而人工操作时会导致效率低下且对动平台末端位姿的控制不那么尽如人意。因而,在航天装备面向智能化高速发展的当今,急需一种能够实现高度自动化的并联调姿装备控制系统,代替人工从事繁琐的调姿作业,从而提高航天装备装配作业时的效率。本课题依托此横向项目,以4-SPPP并联调姿平台为研究对象,从多轴联动并联调姿装备的电气系统设计、控制系统开发、控制策略研究、机电一体化仿真以及实验五个方面进行了相应研究,主要研究内容如下:基于欧姆龙CK3E开放式运动控制器,构建并联调姿装备电气系统的总体架构,采取在电机端设置反馈的方式,从而确立多轴联动并联调姿平台的电气系统设计思路,消除了隐藏在控制系统的伺服环路反馈中的机械机构耦合和连接缺陷导致的误差。并在此基础之上设计低压控制电路以及伺服驱动的工作回路,针对运动控制器与伺服驱动之间存在通讯频繁,信息吞吐量大的问题,采取了总线的通讯方式。在伺服驱动端完成了电机组态、参数配置以及软件限位的设置。编写了运动控制器端运动程序,实现将运动学算法嵌入到运动控制器。开发上位机人机交互界面,实现对运动控制器的逻辑决策能力。针对多轴并联机构存在冗余驱动的问题,制定主动驱动+从动驱动的控制策略,其中主动驱动采用位置模式,保证动平台末端位姿的精确进给;从动驱动采用力矩模式,在保证从动驱动能够及时响应的同时,又能保证和主动驱动的同步性。基于机电概念设计(MCD)+TIA Portal的数字孪生技术,搭建多轴联动并联调姿装备控制系统的虚拟样机,在设备开发周期中及时反馈各部分出现的问题,缩短项目研发周期,在虚拟环境中验证程序的可行性。并对多轴联动并联调姿装备进行了实验研究,通过零点标定实验,消除了装配误差导致的零点不同意问题,进一步做了控制精度实验和从动驱动的PID整定实验。
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