并聯(lián)電液伺服六自由度平臺(tái)系統(tǒng)低速運(yùn)動(dòng)研究.pdf

1、并聯(lián)電液伺服六自由度平臺(tái)廣泛應(yīng)用于對(duì)飛行、航海及車載駕駛運(yùn)動(dòng)的模擬。因其承載能力強(qiáng)、剛度大和精度高的優(yōu)點(diǎn)，正在被不斷地拓廣于各種應(yīng)用領(lǐng)域之中。隨著應(yīng)用的需要，對(duì)其低速平穩(wěn)運(yùn)行的性能和良好的動(dòng)態(tài)軌跡跟蹤精度的要求越來(lái)越高。不同于一般的伺服系統(tǒng)，由于并聯(lián)電液伺服六自由度平臺(tái)為多輸入、多輸出強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，因此平臺(tái)整體低速平穩(wěn)運(yùn)行的影響因素更為多樣化，其系統(tǒng)低速特性更為復(fù)雜。本文首次系統(tǒng)地對(duì)平臺(tái)低速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行全面的研究，以揭示其特性規(guī)律，并

2、提出相應(yīng)有效的解決措施。研究思路為對(duì)含運(yùn)動(dòng)副低速摩擦的平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行完整建模，利用基于數(shù)學(xué)模型的理論分析與仿真手段，按照由部分到整體的過(guò)程，分析系統(tǒng)的支鏈部分和平臺(tái)整體的低速特性。根據(jù)其特性規(guī)律，得到改善平臺(tái)低速性能的理論著眼點(diǎn)。針對(duì)各種特性，分別從平臺(tái)的空間結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)和控制策略兩個(gè)方面出發(fā)，進(jìn)行理論與實(shí)驗(yàn)研究，以求獲取能夠提高該類平臺(tái)低速性能的普遍有效途徑。 論文分八章進(jìn)行闡述，主要內(nèi)容如下： 第一章綜述了本課題相關(guān)方

3、面的研究背景。介紹了機(jī)械、電氣、液壓伺服系統(tǒng)的低速理論發(fā)展歷程和摩擦補(bǔ)償研究的現(xiàn)狀，對(duì)并聯(lián)電液伺服六自由度平臺(tái)低速運(yùn)動(dòng)相關(guān)的各方面研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行綜述，結(jié)合課題來(lái)源與意義，給出本文的主要工作和研究?jī)?nèi)容。 第二章對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建模推導(dǎo)中，特別考慮了低速運(yùn)動(dòng)時(shí)各運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦因素，以及系統(tǒng)支鏈慣量因素，以得出系統(tǒng)完整的非線性模型，為全文提供理論基礎(chǔ)。 第三章基于數(shù)學(xué)模型，對(duì)支鏈及平臺(tái)進(jìn)行低速特性分

4、析與仿真研究。對(duì)各支鏈摩擦進(jìn)行建模和辨識(shí)實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，利用AMESim對(duì)支鏈液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，研究各種因素對(duì)支鏈低速平穩(wěn)運(yùn)行的影響，得出支鏈的低速特性。通過(guò)分析平臺(tái)輸入輸出之間的空間廣義傳動(dòng)關(guān)系，得出平臺(tái)各自由度運(yùn)動(dòng)的空間特性。利用AMESim與MATLAB/Simulink聯(lián)合仿真的手段，對(duì)整體系統(tǒng)平臺(tái)低速的各種特性進(jìn)行仿真研究，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性。 第四章針對(duì)平臺(tái)各自由度低速運(yùn)動(dòng)的空間分布特性，從平臺(tái)空

5、間結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，提出表達(dá)平臺(tái)各自由度運(yùn)動(dòng)在設(shè)計(jì)空間內(nèi)的全局性能指標(biāo)，依據(jù)該指標(biāo)，得出平臺(tái)各自由度運(yùn)動(dòng)獨(dú)立優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，為滿足各種不同自由度運(yùn)動(dòng)低速應(yīng)用需求的平臺(tái)，提供了平臺(tái)各自由度低速運(yùn)動(dòng)性能獨(dú)立優(yōu)化的方法。同時(shí)，提出一種基于廣義力平衡原理的結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定方法，從力學(xué)角度對(duì)平臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定，豐富了平臺(tái)參數(shù)標(biāo)定的方法。 第五章針對(duì)平臺(tái)支鏈低速運(yùn)動(dòng)的摩擦特性和系統(tǒng)輸入輸出之間的空間廣義傳動(dòng)特性，提出基于摩擦模型的支鏈摩擦補(bǔ)償和平

6、臺(tái)整體空間閉環(huán)變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)，進(jìn)行系統(tǒng)低速實(shí)驗(yàn)研究． 第六章針對(duì)系統(tǒng)所存在的各種干擾(包括摩擦)特性，對(duì)各類干擾的作用進(jìn)行分析和分類，依據(jù)干擾作用的類型設(shè)計(jì)由基于系統(tǒng)模型的自適應(yīng)滑模補(bǔ)償器和結(jié)構(gòu)不變?cè)淼母蓴_抑制器組成的綜合補(bǔ)償器，對(duì)系統(tǒng)低速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行綜合干擾補(bǔ)償?shù)姆抡婕皩?shí)驗(yàn)研究。 第七章針對(duì)系統(tǒng)支鏈間的耦合，以及在跟蹤過(guò)程中彼此之間性能差異所引起的不協(xié)同運(yùn)動(dòng)特性，提出描述各支鏈之間互相干擾作用所產(chǎn)生的廣義同步偏差和平臺(tái)各自由

7、度運(yùn)動(dòng)之間的干擾偏差，依據(jù)自身偏差與相互間的擾動(dòng)偏差所組成的綜合跟蹤偏差量，利用Backstepping方法推導(dǎo)魯棒控制器，對(duì)系統(tǒng)慣性參數(shù)的不確定因素進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償研究，以提高系統(tǒng)的低速運(yùn)動(dòng)性能。在此基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)進(jìn)行低速空間性能測(cè)試，驗(yàn)證了平臺(tái)本身的低速空間特性。且對(duì)不同系統(tǒng)油壓下的平臺(tái)性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)合第三章的理論分析，可以得出實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的低速空間性能分布。 第八章對(duì)全文作了總結(jié)，闡述了本課題的研究成果和結(jié)論，并對(duì)后續(xù)