一類機(jī)器人動(dòng)力電源系統(tǒng)的研究.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)，機(jī)器人取得了飛速發(fā)展，但是機(jī)器人的動(dòng)力供給問(wèn)題卻始終是約束其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。傳統(tǒng)的動(dòng)力電池存在充電時(shí)間長(zhǎng)、體積大、移動(dòng)不便以及壽命短的弊端，這些不僅限制了機(jī)器人的性能，而且增加了機(jī)器人的成本。鋁空氣電池以能量高、安全、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)為機(jī)器人動(dòng)力電源提供了新的解決方案，但由于鋁空氣電池比功率低，若單獨(dú)使用難以滿足機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能需求。比功率高的超級(jí)電容可以輔助鋁空氣電池來(lái)保障機(jī)器人的動(dòng)力性能。本文研究了二者結(jié)合的機(jī)器人動(dòng)力電源系

2、統(tǒng)，研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，設(shè)計(jì)了機(jī)器人動(dòng)力電源系統(tǒng)的主電路。通過(guò)對(duì)鋁空氣電池和超級(jí)電容的特性分析，得到可以滿足機(jī)器人的性能要求的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析并確定了二者的串并聯(lián)匹配結(jié)構(gòu)，結(jié)合機(jī)器人負(fù)載的工作模式的分析，設(shè)計(jì)了機(jī)器人動(dòng)力電源系統(tǒng)的主電路。針對(duì)機(jī)器人負(fù)載在不同工作模式下的主電路分析，結(jié)果表明主電路設(shè)計(jì)的合理性。據(jù)此確定了鋁空氣電池、超級(jí)電容和DC/DC變換器(Direct Current to Direct

3、Current Converter)的參數(shù)。
　　然后，對(duì)機(jī)器人動(dòng)力電源系統(tǒng)進(jìn)行了控制與仿真分析。通過(guò)機(jī)器人動(dòng)力電源系統(tǒng)等效模型的建立，在機(jī)器人動(dòng)力電源系統(tǒng)能量流的分析基礎(chǔ)上，對(duì)比電源系統(tǒng)常見控制策略，選用了滑模和PI(Proportional Integral)控制相結(jié)合的策略。進(jìn)一步在推導(dǎo)系統(tǒng)狀態(tài)模型滿足滑模控制的充要條件的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了仿真電路，結(jié)果表明機(jī)器人動(dòng)力電源系統(tǒng)的控制效果良好，同時(shí)驗(yàn)證了機(jī)器人動(dòng)力電源系統(tǒng)的可行性。