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混合驱动五杆机构的滑模变结构控制
资讯类型:科技前沿 加入时间:2009年8月12日16:7
 
混合驱动五杆机构的滑模变结构控制
   陈正洪1, 2,王勇1
   (1•山东大学机械工程学院,济南250061; 2•山东交通学院工程机械系,济南250023)
   摘要:建立了混合驱动五杆机构系统的机电耦合动力学模型。采用滑模变结构控制方法实现了对混合输入型五杆机构运动轨迹的精确控制,并给出了仿真结果。该控制方法具有控制算法简单、易于工程实现的优点。
   关键词:混合驱动机构;滑模变结构控制
   中图分类号: TP273  文献标识码: A  文章编号: 1001-3881 (2007) 11-122-2
   引言
   传统机械系统常采用一个恒速电机作为驱动,该系统最大的不足是缺乏柔性,要改变输出运动规律就得改变运动转换机构的构型和尺寸,需要耗费大量的时间和金钱。完全由伺服电机驱动的机电系统具有较好的柔性,但系统造价高,各伺服电机需满足最大驱动功率要求且电机间难以进行能量互补,致使系统的总驱动功率偏大,能效不高。此外,机械系统的输出运动还受限于电机的额定转矩、峰值功率、运动精度等,因此系统不能在高负荷、高速度的场合使用[1]。
   为了克服以上缺点,混合驱动系统应运而生。混合机构是以恒速电机和伺服电机作为驱动器的机械系统,两种类型的输入运动通过一个两自由度机构合成,可以实现预期的输出运动[2]。它的一个突出优点是它能够节省伺服电机能量的消耗,恒速电机提供主要动力,伺服电机承担较小的动力,主要起调节作用,伺服电机可改变或者调节输出轨迹。对于大型机械系统,用小功率伺服电机来代替大功率伺服电机,可以节省成本。
    q3和q4,由此可以得到末端执行器点C的位置和运动轨迹。
   混合驱动机构系统由两种电机驱动,其中恒速电机起主要的驱动作用,提供大部分扭矩和功率,伺服电机所提供的扭矩起调节作用[3]。在驱动时应该使伺服电机提供尽量小的扭矩,这样就需要对混合机构进行动力学分析,解决驱动力矩与杆件参数间的关系,这些参数包括杆长、质心位置、转动惯量等。由于混合驱动机构的两个原动件之间存在运动学和动力学耦合,这使其与传统机构的动力学分析有很大的差别,故有必要做深入研究。
   Fathi推导出平面五杆机构简化动力学模型,在该模型中,动力学方程利用独立输入角度来表示且写为类似于开链机械手动力学方程的形式。这种形式便于进行动力学研究,更方便了控制参数的确定。根据文献[4],五杆机构动力学模型为
   
    
   
   电液比例系统仿真问题一般归结为数值求解微分方程组的初值问题,其数值解法常用变步长四阶五级龙格-库塔算法[7],应用MATLAB语言编写仿真程序,并设定仿真时间t为20s,可得仿真结果如图3所示。
   仿真结果表明:该系统在反馈作用下,即使存在外界干扰,系统稳定,两液压缸的同步偏差还是逐渐减小, 20s时两液压缸位移差为0,达到位移同步,即该闭环系统能够满足同步精度要求;并且由功率键合图得到的系统微分方程较好地反映系统的实际运行情况,能够为工程实践提供设计参考。
   4 小结
   采用由电液比例同步系统,抗污染能力高,工作稳定性好,控制精度高,易于实现计算机控制,能够满足水利水电工程的应用要求。而使用功率键合图建模,能够反映工程实际的功率传递及功率损耗,且较好地描述了系统动态因素的存在及其相互作用,通过这一模型结构可以有规律地求出一组适合于计算机仿真的合理且非常完整的系统方程,仿真精度较高
文章来自:滑模技术交流网
文章作者:信息部
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