并聯(lián)4TPS-1PS型電動(dòng)穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的特性及控制研究.pdf

1、艦船在航行過(guò)程中，由于受到風(fēng)浪等環(huán)境條件的影響，會(huì)產(chǎn)生橫搖、縱搖、艏搖和升沉等運(yùn)動(dòng)，并且各種裝備通常與艦船固連在一起，這些運(yùn)動(dòng)將造成裝備指向的改變。穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)用于隔離艦船的運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)高性能跟蹤運(yùn)動(dòng)，具有重大戰(zhàn)略意義?，F(xiàn)有研究都是針對(duì)采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的小負(fù)載穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)進(jìn)行，本文首次系統(tǒng)深入地研究并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)，從原理、特性、優(yōu)化和控制等方面進(jìn)行，主要內(nèi)容如下： 第一章，在查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述了現(xiàn)有穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的

2、結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)用現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要介紹了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用，總結(jié)了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型、工作空間、性能指標(biāo)、尺度優(yōu)化和控制策略等方面的研究現(xiàn)狀，闡述了本課題的相關(guān)研究背景及意義，提出主要研究工作。 第二章，建立并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。首先介紹了并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)的構(gòu)成，設(shè)計(jì)出新型4TPS-1PS并聯(lián)平臺(tái)結(jié)構(gòu)。建立了考慮電、機(jī)、氣特性的穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)單支鏈模型。推導(dǎo)出并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤控制指令求解公式，建立平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，提出一種實(shí)

3、時(shí)解析正解和一種基于Newton-Raphson方法的數(shù)值正解方法。建立靜基座平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型，分析了動(dòng)、靜基座平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)，得到動(dòng)基座動(dòng)力學(xué)模型，仿真分析了載體擾動(dòng)對(duì)各缸作用力的影響。 第三章，對(duì)并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的工作特性進(jìn)行研究。對(duì)平臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)—伺服電動(dòng)缸特有的氣阻特性進(jìn)行仿真分析，繪制伺服電動(dòng)缸的速度-輸出力特性曲線。闡述完全可達(dá)工作空間概念，采用完全可達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間評(píng)價(jià)4TPS-1PS并聯(lián)平臺(tái)的工作空間

4、。利用幾何方法分析平臺(tái)的理論極限轉(zhuǎn)角，并提出完全可達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)空間的快速求解方法，計(jì)算得到平臺(tái)樣機(jī)的完全可達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)工作空間。提出平臺(tái)速度、輸出力的快速求解方法。分析得出并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的工作空間具有范圍大且對(duì)稱的特點(diǎn)，其輸出速度和廣義力具有幅值大且隨位姿變化小的優(yōu)點(diǎn)。 第四章，研究并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的性能指標(biāo)和尺度優(yōu)化。推導(dǎo)出加權(quán)全局條件數(shù)、平臺(tái)裝機(jī)功率等性能指標(biāo)的表達(dá)式，分析了各性能指標(biāo)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。以并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)裝機(jī)功率

5、作為直接優(yōu)化目標(biāo)，以其他性能指標(biāo)為約束條件，采用遺傳算法對(duì)平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化，仿真表明，以此指標(biāo)優(yōu)化的平臺(tái)結(jié)構(gòu)可以較大幅度地降低裝機(jī)功率，并且滿足其他性能指標(biāo)要求。 第五章，對(duì)并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)的控制策略進(jìn)行研究。首先對(duì)準(zhǔn)閉環(huán)PID控制進(jìn)行了探討分析；然后提出一種位姿大閉環(huán)控制策略，將平臺(tái)作為一個(gè)整體，直接對(duì)平臺(tái)的位姿進(jìn)行閉環(huán)控制，不對(duì)單個(gè)缸進(jìn)行位置閉環(huán)控制。利用滑模變結(jié)構(gòu)理論設(shè)計(jì)位姿大閉環(huán)魯棒控制器。仿真結(jié)果表明該控制策略基本消除了

6、各缸動(dòng)態(tài)性能不一致引起的耦合誤差，實(shí)現(xiàn)了各缸間的精確協(xié)同。針對(duì)穩(wěn)定跟蹤的特點(diǎn)和需求，引入計(jì)算擾動(dòng)力補(bǔ)償改進(jìn)控制策略。仿真結(jié)果表明該控制策略有效消除了載體擾動(dòng)和外部干擾及動(dòng)力學(xué)模型誤差的影響，可獲得較高的穩(wěn)定隔離度和穩(wěn)定跟蹤控制精度，魯棒性好。 第六章，穩(wěn)定跟蹤控制實(shí)驗(yàn)研究。建立了并聯(lián)型穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件和軟件。利用并聯(lián)六自由度電液伺服平臺(tái)模擬艦船運(yùn)動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤控制實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行了平臺(tái)的功能性實(shí)驗(yàn)