基于模型预测控制的双向移动平台轨迹跟踪控制方法

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作者 赛开阳 王明武 +2 位作者 梁应选 陈伟恒 李奥 《机电工程》 北大核心 2025年第4期746-753,共8页

针对高精度数控加工中多轴并联驱动系统的轨迹跟踪精度问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的双向移动平台轨迹跟踪方法。首先,基于运动学分析研究的结果,建立了包含位置、速度和角速度等参数的状态空间方程;然后,综合考虑跟踪精度和... 针对高精度数控加工中多轴并联驱动系统的轨迹跟踪精度问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的双向移动平台轨迹跟踪方法。首先,基于运动学分析研究的结果,建立了包含位置、速度和角速度等参数的状态空间方程;然后,综合考虑跟踪精度和控制增量,建立了速度与角速度的极限值和变化率约束条件,将目标函数转化为带约束的二次规划问题,并对其进行了求解;采用SolidWorks软件设计出了双向移动平台的模型,并将该模型导入到MATLAB/Simulink环境中,进行了仿真实验验证,分别比较了速度20 mm/s、30 mm/s工况下线性二次型调节器(LQR)和MPC算法的跟踪轨迹,以及数据误差;最后,给出了实验台硬件组成和原理框图,进一步地使用LabVIEW软件开发出了运动控制程序的人机界面,并在实验台上对两种算法进行了实际对比。研究结果表明:采用MPC控制器的轨迹跟踪精度明显优于LQR控制算法,最大跟踪误差不超过0.05 mm,能够满足双向移动平台的高精度控制要求。该方法有效提升了运动控制系统的跟踪精度,可为高性能数控加工中的复杂轨迹跟踪控制提供技术支持。 展开更多

关键词 高精度数控加工 并联驱动双向移动平台 模型预测控制 轨迹跟踪精度 轨迹跟踪控制器 MATLAB/SIMULINK 线性二次型调节器 LabVIEW

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并联跟踪台单目视觉自标定方法 被引量：5

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作者 刘峰 王向军 +1 位作者 许薇 张召才 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期175-179,共5页

对并联机构进行标定是实现并联机构几何量校正和高精度定位的前提和基础。目前,现有的自标定方法因得不到完整的并联机构动平台位置和姿态信息,不能满足对并联机构所有几何量进行辨识和标定的要求。针对上述问题,以四自由度并联跟踪台... 对并联机构进行标定是实现并联机构几何量校正和高精度定位的前提和基础。目前,现有的自标定方法因得不到完整的并联机构动平台位置和姿态信息,不能满足对并联机构所有几何量进行辨识和标定的要求。针对上述问题,以四自由度并联跟踪台为研究对象,提出了一种新的单目视觉自标定方法,通过实验对其标定精度进行了初步验证,并给出提高标定精度的可行性建议。该方法为并联机床、并联机器人、并联跟踪系统等实现高精度提供了一种新的解决途径。 展开更多

关键词 四自由度 并联跟踪台 单目视觉 自标定

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基于广义Stewart平台的精密跟瞄机构动态各向同性优化设计 被引量：4

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作者 佟志忠 姜洪洲 +1 位作者 何景峰 段广仁 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1019-1025,共7页

设计一个各向同性、高精度、满足给定负载特性的Stewart并联机构,满足精密跟瞄机构的精密指向、振动隔离及抑制性能仍然是比较困难的,而且各向同性标准Stewart并联机构对负载的约束条件极为苛刻。为解决这一问题,提出具有容错特性的一... 设计一个各向同性、高精度、满足给定负载特性的Stewart并联机构,满足精密跟瞄机构的精密指向、振动隔离及抑制性能仍然是比较困难的,而且各向同性标准Stewart并联机构对负载的约束条件极为苛刻。为解决这一问题,提出具有容错特性的一类广义Stewart并联机构,定义动态各向同性概念及指标,考虑负载质量几何特性,推导了动态各向同性描述及条件的解析数学形式。将局部动态各向同性与全域工作空间灵活性好、满足运动能力和无构件干涉等目标相综合,建立了精密跟瞄广义Stewart并联机构的优化设计方法。结果表明广义Stewart并联机构能够放松各向同性时对负载的条件约束,设计方法优化并具有工程应用价值。 展开更多

关键词 动态各向同性 STEWART平台 容错 优化设计 跟瞄机构

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四自由度并联跟踪台的软件关键技术 被引量：1

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作者 刘峰 王向军 +1 位作者 许洪 张召才 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期27-29,共3页

研究四自由度并联跟踪台中的软件关键技术,编写Matlab仿真程序对并联跟踪台进行参数化设计,利用Solidworks与ADAMS联合仿真软件获取并联跟踪台的运动学和动力学性能参数,通过对操纵杆的编程实现对并联跟踪台的手动控制。实验结果表明,... 研究四自由度并联跟踪台中的软件关键技术,编写Matlab仿真程序对并联跟踪台进行参数化设计,利用Solidworks与ADAMS联合仿真软件获取并联跟踪台的运动学和动力学性能参数,通过对操纵杆的编程实现对并联跟踪台的手动控制。实验结果表明,四自由度并联跟踪台设计合理、运动灵活、手控效果好。 展开更多

关键词 并联跟踪台 Matlab参数化仿真 联合仿真 手动控制

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基于相关耦合的并联四轴电动伺服平台鲁棒控制 被引量：4

5

作者 王宣银 程佳 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期117-121,共5页

4TPS-PS并联电动平台由4个伺服电机协同驱动,实现3个转动和1个移动自由度,为提高平台运动的位姿轨迹精度,需要实现四轴的非线性同步。该文推导非线性相关耦合误差,兼顾各轴的跟踪误差和同步误差,提出一种基于该误差的鲁棒控制方法,设计... 4TPS-PS并联电动平台由4个伺服电机协同驱动,实现3个转动和1个移动自由度,为提高平台运动的位姿轨迹精度,需要实现四轴的非线性同步。该文推导非线性相关耦合误差,兼顾各轴的跟踪误差和同步误差,提出一种基于该误差的鲁棒控制方法,设计基于非线性相关耦合误差和滑模变结构控制理论的鲁棒控制算法。进行仿真和实验研究,结果表明,该控制策略具有较强的稳定性,提高了各轴的非线性同步特性,从而实现平台的高精度轨迹跟踪,平均位姿跟踪精度优于0.07°。 展开更多

关键词 并联四轴平台 非线性同步 相关耦合 滑模变结构 位姿跟踪

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新型碟式太阳能跟踪平台设计和姿态工作空间分析 被引量：1

6

作者 刘繁茂 廖灿灿 +1 位作者 张原愿 莫寒 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期616-626,共11页

传统的碟式太阳能热发电系统采用回转支承和螺旋升降机来实现太阳方位角和高度角的跟踪,不足之处在于无法自动调整聚光器镜面单元的位姿以应对外界扰动。采用并联机构来实现太阳跟踪,不仅具有刚度高、跟踪误差小等内在优势,还可以自动... 传统的碟式太阳能热发电系统采用回转支承和螺旋升降机来实现太阳方位角和高度角的跟踪,不足之处在于无法自动调整聚光器镜面单元的位姿以应对外界扰动。采用并联机构来实现太阳跟踪,不仅具有刚度高、跟踪误差小等内在优势,还可以自动调整聚光器镜面单元位姿。若采用传统球铰,由于其物理限制,跟踪机构的偏转能力不能精确满足太阳跟踪角度范围大的技术要求。针对上述问题,采用新型被动球铰,设计了一种基于3-RPS并联机构的新型碟式太阳能跟踪平台,并计算了其跟踪角度的范围;同时,通过建立通用3-RPS并联机构的逆运动学方程,结合球坐标搜索法计算了3-RPS并联跟踪机构的姿态工作空间,并结合结构参数对其姿态工作空间的影响规律,确定了各结构参数的最优值。结果表明:当新型碟式太阳能跟踪平台选用新型被动球铰,动、定平台形状为等腰三角形,转动副轴线共面且呈三角形布置,动、定平台的半径比为2以及支链长度为动平台半径的2倍时,其结构符合设计要求且调整后的姿态工作空间满足太阳跟踪所需的角度范围。研究结果可为后续的太阳跟踪平台结构设计和参数优化提供参考。 展开更多

关键词 跟踪平台 新型被动球铰 3-RPS并联机构 姿态工作空间

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马鞍型并联跟踪台手动介入控制方法的研究

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作者 刘峰 王向军 +1 位作者 常铮 秦峰 《机械设计》 CSCD 北大核心 2009年第5期18-20,共3页

在已实现马鞍型并联跟踪台自动控制的基础上,提出一种采用二轴操纵杆进行手动介入控制的方法,重点阐述了马鞍型并联跟踪台手控系统的框架,包括硬件结构、软件结构、工作原理,以及位置控制模型,完成了手控系统的搭建。应用表明,这种方法... 在已实现马鞍型并联跟踪台自动控制的基础上,提出一种采用二轴操纵杆进行手动介入控制的方法,重点阐述了马鞍型并联跟踪台手控系统的框架,包括硬件结构、软件结构、工作原理,以及位置控制模型,完成了手控系统的搭建。应用表明,这种方法操作简单、人机交互性好。 展开更多

关键词 马鞍型 并联跟踪台 操纵杆 手动控制

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马鞍型并联跟踪台的仿真设计

8

作者 刘峰 王向军 +1 位作者 许薇 张召才 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期1389-1395,共7页

为了提高并联机构仿真设计速度,以马鞍型并联跟踪台为研究对象,提出了编写Matlab仿真程序与ADAMS仿真分析相结合的仿真设计方法。通过编写Matlab仿真程序对马鞍型并联跟踪台进行了优化设计,利用得到的优化设计尺寸进行三维造型后,导入AD... 为了提高并联机构仿真设计速度,以马鞍型并联跟踪台为研究对象,提出了编写Matlab仿真程序与ADAMS仿真分析相结合的仿真设计方法。通过编写Matlab仿真程序对马鞍型并联跟踪台进行了优化设计,利用得到的优化设计尺寸进行三维造型后,导入ADAMS分析环境下进行仿真分析,依据得到的仿真结果研制出马鞍型并联跟踪台实验样机。通过编写数据监测模块程序对实验样机各驱动杆速度进行监测,并将监测结果与仿真结果进行对比,验证了仿真结果的正确性。研究表明,该仿真设计方法能够避免仿真设计过程中重复进行三维造型的问题,与现有方法相比,仿真设计周期缩短了近一半。 展开更多

关键词 马鞍型并联跟踪台 仿真设计 实验验证

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液压并联6-DOF平台轨迹跟踪的干扰力补偿

9

作者 李强 王宣银 程佳 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期97-101,共5页

为了消除液压并联6-DOF平台因各支链缸时变的负载耦合,以及摩擦和其他外力的干扰作用而引起的平台动态轨迹抖动现象,根据系统动力学模型的关节空间表达式,对关节干扰力的起因和对其运动的作用进行分析,在关节位置闭环控制基础上,分别设... 为了消除液压并联6-DOF平台因各支链缸时变的负载耦合,以及摩擦和其他外力的干扰作用而引起的平台动态轨迹抖动现象,根据系统动力学模型的关节空间表达式,对关节干扰力的起因和对其运动的作用进行分析,在关节位置闭环控制基础上,分别设计基于结构不变性原理的支链抗负载干扰补偿器和基于系统模型的自适应滑模干扰观测补偿器,根据系统关节负载的变化率将两种补偿器利用模糊原则组合成综合补偿器,对干扰进行力闭环补偿.AMESim与MATLAB的联合仿真分析结果表明,该控制器使平台在复合干扰力作用下,能够平稳运行,与普通的位置闭环PID算法相比,有效地提高了系统的整体动态跟踪性能. 展开更多

关键词 并联平台 六自由度 轨迹跟踪 干扰力补偿

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动态模糊神经网络在并联平台控制中的应用 被引量：2

10

作者 李磊 朱齐丹 高双 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第8期2338-2340,共3页

针对六自由度并联平台运动控制精度不高的缺点,结合人工神经网络的优点,提出了一种动态模糊神经网络(DFNN)控制器来控制并联平台。此动态模糊神经网络由前向模糊神经网络的规一化层和输出层之间加入递归层构成,同时根据其特点给出了网... 针对六自由度并联平台运动控制精度不高的缺点,结合人工神经网络的优点,提出了一种动态模糊神经网络(DFNN)控制器来控制并联平台。此动态模糊神经网络由前向模糊神经网络的规一化层和输出层之间加入递归层构成,同时根据其特点给出了网络参数的学习算法,此动态模糊神经网络具有动态映射能力,对动态系统具有更好的响应效果。利用动态模糊神经网络控制器对并联平台的轨迹跟踪控制进行了仿真,结果表明此控制算法具有较好的跟踪性能和较强的鲁棒性。 展开更多

关键词 动态模糊神经网络 并联平台 梯度 轨迹跟踪 液压

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基于车位长度的平行泊车仿真平台设计

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作者 高宏岩 亓志同 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2022年第5期108-113,共6页

针对狭窄车位情况,提出库外泊车与库内调整结合的平行泊车路径规划方法。采用出库倒推方法分析避障约束条件,利用迭代搜索方法寻找尽可能小的一次倒车入库后车身倾斜角度,以减少库内调整次数。基于改进的模型预测控制算法对平行泊车路... 针对狭窄车位情况,提出库外泊车与库内调整结合的平行泊车路径规划方法。采用出库倒推方法分析避障约束条件,利用迭代搜索方法寻找尽可能小的一次倒车入库后车身倾斜角度,以减少库内调整次数。基于改进的模型预测控制算法对平行泊车路径进行跟踪控制,采用粒子群算法优化预测时域和控制时域,避免人为寻找时域参数的局限性,提高路径跟踪控制的准确性和实时性。针对实车开展实验成本高的问题,将仿真软件Matlab和Carsim结合开发自动泊车仿真平台,开展路径规划和跟踪控制仿真研究。仿真平台可以为自动化、车辆工程等相关专业学生提供实践教学服务。 展开更多

关键词 仿真平台 平行泊车 路径规划 路径跟踪控制

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并联平台的模糊非奇异快速终端滑模控制

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作者 齐嘉兴 赵修平 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2020年第7期41-45,共5页

针对六自由度并联平台存在不确定建模误差和外部干扰的轨迹跟踪控制问题,提出一种模糊非奇异快速终端滑模控制方法。采用一种非奇异快速终端滑模面,利用模糊系统的万能逼近特性,在每个自由度上分别建立模糊系统,通过Lyapunov函数设计模... 针对六自由度并联平台存在不确定建模误差和外部干扰的轨迹跟踪控制问题,提出一种模糊非奇异快速终端滑模控制方法。采用一种非奇异快速终端滑模面,利用模糊系统的万能逼近特性,在每个自由度上分别建立模糊系统,通过Lyapunov函数设计模糊系统输出的自适应律,实现非奇异快速终端滑模控制中切换项的自适应调整。仿真结果表明,该方法可以有效实现在具有建模误差情况下并联平台的轨迹跟踪,在抑制输出量的抖振、收敛速度和跟踪误差等方面具备一定优势。 展开更多

关键词 并联平台 轨迹跟踪 非奇异快速终端滑模 模糊系统

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