基于二階滑模變結(jié)構(gòu)濾波器的雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、轉(zhuǎn)臺(tái)是運(yùn)動(dòng)仿真以及設(shè)備測(cè)試的重要試驗(yàn)設(shè)備，在慣性敏感設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的全壽命等過(guò)程中，都需要轉(zhuǎn)臺(tái)參與其校準(zhǔn)、可靠性和驗(yàn)收鑒定等實(shí)驗(yàn)。所以，研究開發(fā)高性能的轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)我國(guó)航天、航空、航海等軍事領(lǐng)域以及眾多民用領(lǐng)域的發(fā)展具有重大的科學(xué)研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文重點(diǎn)研究雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃算法。
　　為了研究轉(zhuǎn)臺(tái)的軌跡規(guī)劃算法，本文對(duì)實(shí)驗(yàn)所用小型雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行介紹并對(duì)所需的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃進(jìn)行分析。本文使用

2、三相交流同步伺服電機(jī)作為轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使用蝸輪蝸桿減速器來(lái)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速要求與三相交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的差異。使用工控機(jī)和PCI接口板卡來(lái)搭建控制系統(tǒng)硬件。在Windows XP操作系統(tǒng)中編寫控制系統(tǒng)控制代碼。最后通過(guò)分析控制軟件中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的需求以及現(xiàn)有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃算法的不足，指明本文點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃的研究方向。
　　針對(duì)雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)軌跡平滑無(wú)沖擊以及滿足一定的速度、加速度和力矩約束的要求，本文研究使用基于二階滑模

3、變結(jié)構(gòu)濾波器的軌跡規(guī)劃算法來(lái)進(jìn)行雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃算法，使其不僅滿足速度和加速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，而且滿足動(dòng)力學(xué)約束。并通過(guò)仿真對(duì)沒(méi)有動(dòng)力學(xué)約束的軌跡規(guī)劃算法和增加了動(dòng)力學(xué)約束的軌跡規(guī)劃算法進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證所研究算法的有效性。
　　針對(duì)某些情況下出現(xiàn)的輸出軌跡加速度抖振問(wèn)題以及時(shí)間滯后開關(guān)引起的控制信號(hào)切換延遲問(wèn)題，本文把相平面劃分為發(fā)生抖振的相平面原點(diǎn)附近區(qū)域和不發(fā)生抖振的遠(yuǎn)離相平面原點(diǎn)的區(qū)域。在遠(yuǎn)離相平面原點(diǎn)的區(qū)域，在第

4、三章所述非線性控制策略的基礎(chǔ)上，使用邊界層法改善相軌跡運(yùn)動(dòng)特性。在原點(diǎn)附近區(qū)域，設(shè)計(jì)新的線性控制策略消除抖振的影響。最后對(duì)這種方法的效果進(jìn)行仿真分析。
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文所研究的基于二階滑模變結(jié)構(gòu)濾波器的軌跡規(guī)劃算法的實(shí)際效果。本文使用最小二乘法對(duì)雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)外軸系的庫(kù)倫摩擦和粘滯摩擦系數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并依此進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)實(shí)驗(yàn)，得出轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本文分別進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)T型加減速軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)、S型加減速軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)、二階滑模變結(jié)構(gòu)濾波