蒸汽發(fā)生器檢修機(jī)械手控制方法研究.pdf

1、蒸汽發(fā)生器(SG)是核動(dòng)力裝置中一、二回路之間的連接樞紐，也是核動(dòng)力裝置運(yùn)行中發(fā)生故障最多的設(shè)備之一。由于蒸汽發(fā)生器里面存在放射性物質(zhì)，當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，人不能進(jìn)去進(jìn)行維修，這時(shí)就需要機(jī)械手代替人完成維修工作。大多數(shù)的檢修活動(dòng)是遠(yuǎn)距離操控進(jìn)行，例如，一個(gè)機(jī)械手通過人孔安裝于蒸汽發(fā)生器水室內(nèi)，機(jī)械手的前端攜掛不同的檢修工具即可實(shí)施不同的檢修活動(dòng)。 本文的工作是圍繞某項(xiàng)目進(jìn)行的，設(shè)計(jì)一套機(jī)械手用于蒸汽發(fā)生器堵管等各種檢修工作，具有六個(gè)關(guān)

2、節(jié)，同時(shí)末端安裝偏心工具。本文主要完成了機(jī)械手的工作空間分析，運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，軌跡規(guī)劃和關(guān)節(jié)控制等工作。 首先本文給出了蒸汽發(fā)生器檢修機(jī)械手控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，包括系統(tǒng)組成和硬件軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的主要功能和原理等。 然后本文對機(jī)械手的作業(yè)環(huán)境進(jìn)行分析，求解機(jī)械手在各種情況下的可達(dá)空間，并提出了該機(jī)械手的碰撞檢測方法，實(shí)現(xiàn)了考慮碰撞和不考慮碰撞情況下的機(jī)械手可行空間求解，分析了堵管可行面積，并分析了機(jī)械手引入偏心工具后對機(jī)械

3、手工作性能的改善，對比了引入工具偏心前后機(jī)械手的堵管可行面積的區(qū)別。 接下來本文實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，并將問題分為工具的偏心及非偏心情況分別研究，不考慮偏心時(shí)機(jī)械手非冗余，文中分別研究了代數(shù)解法和幾何解法?？紤]工具偏心的機(jī)械手存在冗余，提出了代數(shù)法與優(yōu)化方法結(jié)合的辦法，同時(shí)保證了算法的精確性和實(shí)時(shí)性，本文還研究了機(jī)械手的壁碰逆解，提出了基于免疫遺傳算法的避碰逆解方法，并對算法的快速性作出考慮，以適應(yīng)實(shí)時(shí)應(yīng)用，本文還研究了機(jī)械手

4、速度逆解，在此基礎(chǔ)上給出了機(jī)械手在不同工作點(diǎn)下的各向極限運(yùn)動(dòng)速度的分析方法。 然后本文研究了機(jī)械手的軌跡規(guī)劃問題，提出了該機(jī)械手的三階簡化路徑規(guī)劃模型。并分別對已知末端期望軌跡和未知末端期望軌跡情況下的機(jī)械手軌跡規(guī)劃問題展開研究。對于已知期望軌跡的情況，提出了基于直接實(shí)時(shí)逆解的方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，對于基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，本文提出了基于CMAC網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)軌跡跟蹤控制，和基于支持向量機(jī)的大范圍軌跡跟蹤結(jié)果逼近，并且分別對傳統(tǒng)

5、的CMAC網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)提出了改進(jìn)的方法，提高了實(shí)時(shí)性；對于未知期望軌跡的情況，提出了基于人工勢場序列的軌跡規(guī)劃方法，不同于傳統(tǒng)的人工勢場法，對于高維空間應(yīng)用，該方法具有更簡單的形式和可實(shí)現(xiàn)性，另外本文提出了基于路標(biāo)法的機(jī)械手軌跡規(guī)劃，同時(shí)兼顧了規(guī)劃算法的強(qiáng)搜索能力和實(shí)時(shí)應(yīng)用問題，本文對傳統(tǒng)路標(biāo)法提出了改進(jìn)方法，使得該方法更加易與應(yīng)用和向高維空間推廣，本文提出的路標(biāo)法可以直接應(yīng)用與機(jī)械手的六軸聯(lián)動(dòng)的大范圍無碰撞路徑搜索問題。

6、最后本文研究機(jī)械手關(guān)節(jié)控制問題，推導(dǎo)了雙旋轉(zhuǎn)變壓器合成算法實(shí)現(xiàn)高精度測角，本文推導(dǎo)的算法保證在最大限度利用雙旋轉(zhuǎn)變壓器信息提高精度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對單個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器容許誤差最大化，大大提高了合成數(shù)據(jù)的可靠性；對于機(jī)械手的關(guān)節(jié)伺服控制，本文提出了下位機(jī)速度控制模式，解決了此類械手特有的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非線性死區(qū)嚴(yán)重等問題；對于機(jī)械手的慣量和力矩解耦，本文提出了直接基于幾何變換和線積分的簡化計(jì)算方法，避開了復(fù)雜的機(jī)械手動(dòng)力學(xué)模型的求解，大大提高了