《重型並聯加工裝備力學特性與控制策略研究》是依託清華大學，由吳軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：重型並聯加工裝備力學特性與控制策略研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：吳軍
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
重型並聯加工裝備是製造產業鏈中一類重要的基礎裝備，在國民經濟和國防建設重大工程中有巨大需求，然而實際套用中存在運動速度和加工精度低、易出現共振等問題。項目針對重型並聯加工裝備實用化過程中的關鍵技術難題，開展力學特性與控制策略研究。.項目擬運用機器人動力學參數辨識的最新理論和方法，研究重型並聯加工裝備的實用化動力學參數辨識方法；基於力學特性分析，研究重型並聯加工裝備動態特性以及主要結構件變形規律；基於現代控制理論，研究具有高速、高精度軌跡跟蹤性能的雙前饋補償器及對共振具有抑制功能、快速穩定的反饋控制器的設計方法和技術；將上述研究套用到一台130噸重的重型並聯加工裝備中，驗證新理論新方法的正確性，以期實現快速、高精度控制。.以上研究為解決重型並聯加工裝備套用中的關鍵技術問題提供科學依據和技術基礎，對推動重型並聯加工裝備的實用化進程，提升我國重型加工裝備自主研發能力和整體水平具有重要意義。
結題摘要
重型並聯加工裝備是製造產業鏈中一類重要的基礎裝備，在國民經濟和國防建設重大工程中有巨大需求，然而實際套用中存在運動速度和加工精度低、易出現共振等問題。項目針對重型並聯加工裝備實用化過程中的這些關鍵技術難題，開展力學特性與控制策略研究。動力學參數辨識是獲得精確動力學模型的重要方法，辨識過程中需要相對於基本動力學參數為線性化的動力學模型，而並聯加工裝備動力學模型具有高度非線性、耦合性的特點，線性化建模困難。針對這一問題，項目提出了重型並聯加工裝備線性化動力學建模方法，該方法同時適用於冗餘並在線上構及非冗餘並在線上構。基於所建立的線性化動力學模型，採用分步辨識方法辨識了慣性力有關的動力學參數，為基於模型的控制奠定了基礎。 針對並聯加工裝備剛體動力學模型精度低、彈性動力學模型複雜的問題，基於牛頓-歐拉建模方法，提出了一種考慮剛度較低運動部件變形的動力學建模方法。基於現有測量手段通常只能測量驅動關節位姿的現狀，在建模過程中考慮了具有位置反饋的關節和末端動平台間連桿的變形，不僅提高了模型精度，而且滿足控制系統的實時性要求。利用該模型，在並聯加工裝備的最佳化設計階段就可以準確分析裝備的動態性能，並可以結合控制方法仿真控制效果，而且在物理樣機建造之後利用該模型可以提高運動控制精度。 重型並聯加工裝備屬於多自由度、多變數的非線性系統，其控制問題極其複雜。項目提出了一種雙前饋控制方法，該控制方法在運動學控制基礎上，加入了由動力學前饋補償控制器與零相位誤差補償控制器組成的雙前饋控制補償，其中動力學前饋控制器用於補償裝備高速運動過程中動力學特性對運動精度產生的影響，零相位誤差補償控制器用於補償機械系統的延遲環節。同時該控制方法還考慮並在線上構中各桿件的彈性變形，通過在每個伺服控制周期中計算桿件變形量並在運動學逆解模組中進行補償，以提高裝備控制精度。該控制方法的優點為：(1)在原有運動學控制的基礎上加入開環補償器，不影響系統的穩定性，並且易於工程實現；(2)可以消除動力學特性影響與機械系統延遲環節對控制精度的影響。 目前基本完成了項目計畫書中的研究內容，基於這些內容在SCI源期刊上發表學術論文8篇，其中SCI收錄6篇，申請中國發明專利3項。本項目研究成果作為“柔性及剛柔耦合索驅動機器人設計與控制理論研究”的部分內容獲得2014年度高等學校科學研究優秀成果獎（自然科學）二等獎。
