某自动装填机械手精确定位控制及实验研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Cyril
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火炮自动装填机械手是火炮自动装填系统的重要组成部分,自动装填机械手的供输弹位置跟踪精度、定位控制精度、速度以及稳定性都直接影响到整个供输弹过程能否顺利、高效、平稳的进行。本文以某火炮自动装填台架为背景,针对自动装填机械手在运动过程中存在的位置跟踪与定位控制的问题,运用Adams、MATLAB软件对火炮自动装填机械手进行了动力学建模、控制策略研究,提出了自适应动态面滑模控制并开展了一系列的工程实验工作,最终取得了较好的控制效果。本文的主要研究内容如下:(1)对火炮自动装填机械手的构成以及工作原理进行相应的介绍,并且针对自动装填机械手的运动特性建立相应的动力学方程。运用Creo、Adams软件建立其动力学模型,同时结合Adams中的PID控制模块以及联合MATLAB仿真对自动装填机械手虚拟样机进行运动轨迹的规划、位置跟踪控制和定位控制的实现。通过结果分析自动装填机械手虚拟样机运动性能,为之后的控制策略设计提供参考依据。(2)建立了基于Matlab/Simulink软件的自动装填机械手控制系统仿真平台。针对火炮自动装填机械手进行供输弹回转过程的位置跟踪控制与定位控制的问题,采用了一种自适应动态面滑模控制的算法。通过定义Lyapunov函数证明了机械手闭环控制系统的稳定性。动态面控制方法利用一阶积分滤波器来计算虚拟控制的导数,消除了微分项的膨胀,简化了控制器设计和参数估计。采用自适应控制律来估计机械手位置控制过程中不确定性和外加干扰的未知性。滑模控制抑制了模型的转动惯量参数变化以及外界干扰的影响。通过MATLAB仿真,分析了位置误差、系统的输入以及自适应项等关键曲线,结果表明此方法具有较高的控制精度和较好的鲁棒性。(3)进行了某火炮自动装填机械手的控制实验平台搭建,依据设计的滑模控制算法进行运动轨迹位置跟随控制与定位控制实验。实验结果表明自适应动态面滑模控制策略应用到火炮自动装填机械手控制系统上,具有较高的动态跟踪精度以及极高的稳态定位精度,并且对于自动装填机械手这种非线性特性突出的控制对象,具有较高的控制精度和较强的鲁棒性。
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