面向车载设备的多维激振平台系统研制

发布时间：2017-10-25 19:13

  本文关键词：面向车载设备的多维激振平台系统研制

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【摘要】：车辆在行驶过程中会产生垂向、横向、纵向、侧倾、俯仰和横摆等多个维度的复合颠簸。为了最大程度的复现这种颠簸运动,给汽车零部件提供更为有效的振动试验环境,本文研制了一种新型少自由度多维激振平台。该激振平台通过机构重构,可以实现两种不同形式的激振,是一种经济实用的振动试验设备。本文首先综合出了几种少自由度并联机构,通过对比分析选定一种可重构的3-P(4S)并联机构作为激振平台的最终构型方案。该机构的特点在于以三个驱动既能实现三维精确平动,又能实现六维耦合随机运动。采用约束螺旋法对3-P(4S)并联机构进行了详细的自由度分析,得到了机构闭环在梯形、三角形、平行四边形不同布置下的自由度性质。接下来对处于两种不同构型下的3-P(4S)机构进行了运动学分析,分别采取了Newton法与拟Newton法对机构进行了位置正、反解求解,求得了三平移构型下机构的位置反解显示表达式和速度雅可比。利用反解搜索法对三平移构型机构进行了工作空间求解,利用正解搜索法对梯形布置构型机构进行了工作空间求解,得到了机构在不同构型下的可达位置空间以及倾角变化范围。然后对多维激振平台工程样机进行了机械本体设计,并根据平台控制要求搭建了一个集控制、信号采集处理、上位机操作于一体的琴台综合控制柜。创新性地将磁力弹簧引进作动器,大大的降低了作动器的工作负载。利用激光干涉仪对作动器的定位精度进行了测量,实验结果表明该作动器的定位精度可达10微米数量级。最后,利用几何法获得了三平移构型下机构的位置正、反解解析表达式,以此为基础建立了机构的误差映射模型。对机构进行了误差源分析,把不可控误差与可控误差分离开来,最终确定需要补偿的误差参数。阐述了基于激光跟踪仪的误差测量原理,利用矢量模具有坐标不变性建立了误差识别模型。进行了平台运动学标定实验,获得了机构标定前后的定位误差变化,论证了前述方法的有效性。
【关键词】：多维激振平台 可重构并联机构 作动器 磁力弹簧 运动学标定
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U467.52;TB53
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 多维激振平台国内外研究现状11-17
• 1.2.1 国外多维激振平台研究现状11-14
• 1.2.2 国内多维激振平台研究现状14-17
• 1.3 激振平台常用作动器类型17-19
• 1.4 本文的主要研究内容和章节安排19-20
• 第2章 多维激振平台构型综合与自由度分析20-38
• 2.1 引言20
• 2.2 车载设备振动环境分析20-21
• 2.3 多维激振平台构型综合与比较21-24
• 2.3.1 多维激振平台构型方案21-23
• 2.3.2 多维激振平台方案比较23-24
• 2.4 多维激振平台 3-P(4S)构型自由度分析24-37
• 2.4.1 闭环(4S)呈梯形布置时机构自由度24-31
• 2.4.2 闭环(4S)呈三角形布置时机构自由度31-35
• 2.4.3 闭环(4S)呈平行四边形布置时机构自由度35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 多维激振平台运动学分析38-58
• 3.1 引言38
• 3.2 闭环(4S)呈平行四边形布置时平台位置分析38-46
• 3.2.1 机构描述与位姿映射关系38-40
• 3.2.2 机构位置反解40-42
• 3.2.3 基于Newton法的机构位置正解42-44
• 3.2.4 机构位置正反解数值算例与验证44-46
• 3.3 闭环(4S)呈平行四边形布置时机构速度映射46-48
• 3.4 闭环(4S)呈梯形布置时平台位置分析48-54
• 3.4.1 机构描述与位姿映射关系48-49
• 3.4.2 基于拟Newton法的机构位置正反解49-53
• 3.4.3 机构位置正反解数值算例与验证53-54
• 3.5 多维激振平台工作空间分析54-57
• 3.5.1 工作空间约束条件54-55
• 3.5.2 闭环(4S)呈平行四边形布置时机构位置搜索工作空间55-56
• 3.5.3 闭环(4S)呈梯形布置时机构位置搜索工作空间56-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第4章 多维激振平台样机研制与控制系统搭建58-76
• 4.1 引言58
• 4.2 多维激振平台样机设计与制作58-63
• 4.2.1 机械本体设计59-62
• 4.2.2 关键零部件受力及其模态分析62-63
• 4.3 多维激振平台作动器的设计与选型63-70
• 4.3.1 作动器直线电机选型64-67
• 4.3.2 作动器结构设计67-68
• 4.3.3 作动器定位精度检测68-70
• 4.4 多维激振平台综合控制系统搭建70-74
• 4.4.1 控制系统硬件组成70
• 4.4.2 控制柜电路设计70-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第5章 多维激振平台运动学误差标定76-91
• 5.1 引言76
• 5.2 多维激振平台误差模型建立76-82
• 5.2.1 标定构型选取与运动学模型建立76-79
• 5.2.2 机构误差源分析79-81
• 5.2.3 机构误差映射模型81-82
• 5.3 多维激振平台误差测量与参数识别82-84
• 5.3.1 误差测量原理82-83
• 5.3.2 基于遗传算法的误差参数识别83-84
• 5.4 多维激振平台实验标定84-90
• 5.4.1 激光跟踪仪标定平台搭建84-85
• 5.4.2 平台标定实验与精度测量85-90
• 5.5 本章小结90-91
• 结论91-92
• 参考文献92-95
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果95-96
• 致谢96-97
• 作者简介97

【参考文献】

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本文编号：1095120