六自由度并联平台位姿跟踪控制研究

发布时间：2020-08-25 23:48

【摘要】：六自由度(Six Degrees of Freedom,6-DOF)并联平台在军用车辆的部件装配和实际运动模拟应用中,其主要的研究内容为平台位姿的跟踪控制。但由于6-DOF并联平台运动具有很强的耦合性和非线性,同时还会受到确定性和不确定性干扰的影响,这就要求控制系统能够抑制干扰实现平台快速、稳定的位姿跟踪。针对此控制要求对六自由度并联平台的位姿跟踪控制进行研究。首先,利用刚体在空间中的位姿变换方式,建立六自由度并联平台的运动学反解模型。利用误差逆向传播(Back Propagation,BP)神经网络算法和牛顿—拉夫逊(Newton-Raphson)迭代算法相结合的方式,建立并联平台的运动学正解模型。其次,在采用基于铰接空间的控制方式下,将6-DOF并联平台的每条支路看成一个被控对象,对并联平台支路液压系统建立其数学模型,对每条液压支路分别设计控制器。对于并联平台系统中存在的已知干扰,设计基于改进趋近律反演滑模控制器,提高液压支路位移控制的稳定性和鲁棒性以及削弱滑模控制中存在的抖振。再次,针对6-DOF并联平台存在外界干扰未知以及反演控制中存在“微分爆炸”问题,在改进趋近律反演滑模算法的基础上,设计基于扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的动态面反演滑模控制器。并针对传统扩张观测器存在的峰值现象,对传统扩张观测器进行改进,验证改进之后的扩张观测器既能抑制峰值现象,又有更高的观测精度和更快的响应速度。最后,通过六自由度并联平台单关节支路位移跟踪控制和整体位姿跟踪控制仿真实验,验证六自由度并联平台运动学正反解模型和控制方法的有效性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ810;TP273;TH136
【图文】：

运动平台

图 1-1 CAE 运动平台图 1-2 PI 制造的微型定位器研制出了我国第一台并联机器人样机[13]，这也是我国首个自主研发的并联机构，之后，在 1994 年黄真教授又研究出了柔性铰链 6-DOF 运动误差补偿机构。随后，国内越来越多的高校和科研院所参与到并联机构的研究中来。在 1992 年哈尔滨工程大学研制出了六自由度船舶运动模拟器[14]；在 1993 年由某科研机构和某大学成功的为我国运 7 大飞机研制了 6-DOF 飞行模拟器；于 1997 年通过国家地震局鉴定的三向六自由度大型地震模拟震动平台，对于当时的研究状况，其性能指标已达到了先进水平[15]。进入 21 世纪，我国在并联机构的研究方面得到迅速发展，“雪龙”号极地科考船上所使用的气象接收稳定平台，国产 Z9 直升机飞行模拟器等[16-17]。在航空航天、工业、民用等各个领域，取得了很多自主研发的研究成果，例如，国产大飞机 C919飞行模拟器，如图 1-3 所示，我国某公司研制的动感座椅[18]，如图 1-4 所示。

定位器,并联机构

飞行模拟,平台

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