氣壓伺服式六自由度運動平臺控制系統(tǒng)研究.pdf

1、六自由度運動平臺在運動模擬器、飛船和潛艇空間對接平臺、微動機構、并聯機床、靈巧機器人以及動感電影、娛樂設備等領域,具有廣闊的應用前景。目前,六自由度運動平臺主要有液壓、電動、氣動以及電動液壓混合四種驅動方式。與其它方式相比,氣壓驅動受其工作介質限制,輸出力較小,負載剛度和定位精度都比較低,使得該驅動方式的六自由度運動平臺仍處在實驗研究階段,實際應用非常少見。由于氣動系統(tǒng)具有結構簡單、動作迅速、安裝維護容易、價格低廉、無污染、抗干擾能力強

2、等優(yōu)點,已經廣泛應用于工業(yè)生產的其它領域。本文的目的是分析氣壓伺服式六自由度運動平臺系統(tǒng)的性能,探索其應用范圍,以降低成本和設計維護難度。
　　本文對六自由度運動平臺進行了自由度分析、運動學分析、動力學分析和完全可達工作空間分析,給出了位置正反解和速度加速度反解的理論公式、動平臺運動狀態(tài)和受力狀態(tài)已知時各氣缸驅動力的表達式以及計算完全可達工作空間的方法,利用 MATLAB編寫了正反解和完全可達工作空間的計算程序,對正反解程序進行了

3、數據驗證,并計算了動平臺的完全可達工作空間。
　　利用pro/E軟件和ADAMS軟件建立了六自由度運動平臺的虛擬樣機模型,并對模型進行了模型校驗和運動學仿真分析,驗證了模型的可用性和正確性。
　　對平臺的氣壓伺服控制系統(tǒng)進行了建模分析,包括比例閥流量特性方程,氣缸兩腔壓力微分方程和活塞桿力平衡方程,考慮了閥口死區(qū)特性和氣缸摩擦力的影響,確定了各個氣動元件的型號或尺寸,利用SIMULINK軟件建立了平臺的氣動伺服控制系統(tǒng)時域仿

4、真模型。
　　利用 ADAMS軟件與 MATLAB軟件建立了機械—氣動聯合仿真平臺,利用此平臺進行了整機的垂直軌跡跟蹤聯合控制仿真分析,完成了模糊PID控制器的設計,提高了系統(tǒng)的控制性能,分析了系統(tǒng)的特性,對負載質量和摩擦力對系統(tǒng)性能的影響進行了研究,并對平臺的其它位姿進行了調試和分析,為物理樣機的制造提供了理論基礎。仿真結果表明,氣壓伺服式六自由度運動平臺系統(tǒng)結構簡單、動作迅速,在輕載和對頻寬要求不高的場合,具有其他驅動方式所不