并联机床动力学前馈控制研究

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本文以基于6-UPS型Stewart平台的并联机床为对象,对该类并联机床高速高精度运动控制中的一些关键问题进行了研究,主要研究内容包括并联机床刚体动力学模型的建立与简化、动力学前馈控制系统设计和开放式并联机床数控系统建造。 为了能够在满足控制实时性要求的条件下将更加准确的刚体动力学模型引入到控制系统中,对并联机床刚体动力学模型的简化进行了研究,提出了面向控制应用的并联机床刚体动力学模型简化方法。该简化方法通过分解机床构件的惯性力和惯性力矩,实现了对并联机床刚体动力学模型的细致分解;通过在动平台匀速运动情况和加减速运动情况下对模型各分项的动力学特性进行分析,确定了并联机床刚体动力学模型的次要因素。与现有研究相比,本文提出的简化方法在提高刚体动力学逆解计算效率的同时,使简化误差得到了较大幅度的降低,从而使得在控制系统中引入更加准确的并联机床刚体动力学模型成为可能。 为了减小控制系统的响应性能和并联机床的动力学特性对运动控制精度的影响,设计建造了并联机床动力学前馈控制系统。首先,采用零相位误差跟踪控制、PD控制和低通滤波控制,设计建造了闭环控制子系统。其次,基于本文提出的刚体动力学简化模型,采用计算力矩控制和动力学前馈控制,设计建造了动力学控制子系统。与现有研究相比,通过引入零相位误差跟踪控制,消除了闭环控制子系统的相位滞后,提高了控制系统的响应性能,从而使并联机床的运动控制精度得到了较大的提高。并且,由于在控制系统中引入了更加准确的刚体动力学模型,基本上消除了并联机床的动力学特性对运动控制精度的影响。 为了实现并联机床的高速高精度运动控制,对并联机床数控系统进行了研究,采用软件数控方式建造了基于RTLinux的开放式并联机床数控系统,并将动力学前馈控制系统集成到了数控系统中。
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