四自由度多维隔振平台的设计
发布时间：2021-01-21 06:02
精密仪器在运输或者转场过程中不可避免地会受到路面或适应环境带来的不同方向的干扰和振动,这些振动不同程度地影响了它们的使用精度和寿命。因此,有必要开展多维隔振方面的研究,以保证精密仪器有一个稳定的工作环境。本文以多维隔振平台为主要研究内容,分析了其运动学、动力学和工作空间等性能指标,进行了被动隔振和主动隔振的研究,并从理论、仿真和实验多个层面验证了其隔振效果。具体工作内容包括:1、根据多维隔振平台的技术要求,基于GF集理论,进行了机构的型综合,确定了以4-UPU并联机构为主体的隔振平台方案。2、对以4-UPU并联机构为主体的多维隔振平台进行性能分析,包括:运动学、动力学、工作空间等;以工作空间、静刚度和灵巧度为目标函数,对多维隔振平台的基本尺寸进行优化设计,并基于灵巧度指标,确定了隔振平台的最优工作范围。3、建立多维隔振平台的振动响应模型,采用谐波叠加法将路面振动激励等效为多个正弦激励的叠加,研究了有阻尼受迫振动情况下多维隔振平台的振动响应,从理论上验证了平台的隔振效果。4、进行了多维隔振平台主、被动隔振方案的仿真分析。在ADMAS中建立了多维隔振平台被动隔振仿真模型,进行了隔振效果的仿...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一非线性动力学模型
择了两种少自由度并联机构，对其隔振性能进行了分析。付杰［２８］为了解决航天器??振动问题对精密设备的不良影响，设计了一种含有柔性铰链的３－ＣＰＳ／ＵＰＵ的并联??隔振平台，实现了五维隔振。李耀［２９］制造出Ｓｔｅｗａｒｔ并联隔振样机如图１－３所示，??并设计了单条支撑腿的隔振实验，实验结果表明，其对高频振动具有很好的隔振??效果。??ａＢｉｌｉ?Ｉ?Ｍ??图１－３?Ｓｔｅｗａｒｔ并联隔振样机??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｔｅｗａｒｔ?ｐａｒａｌｌｅｌ?ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?ｉｓｏｌａｔｉｏｎ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ??Ｗａｎｇ?（＾３（）］等研究了一种六自由度并联隔振平台，发现传统的磁流变阻尼器具??有较大的自重，在多支链的并联结构中这个问题更加明显。因此，重新设计了一??种双活塞ＭＲ阻尼器，仿真结果表明相比于采用传统磁流变阻尼器的隔振平台具??有更好地隔振效果。赵星宇［３１］等针对目前大振幅的调姿和微幅的振动隔振两种机??构分离的状况，提出了一种高低频复合驱动的并联平台如图１－４所示，通过多种复??合驱动方式的性能比较，选用ＲＲＰＲＰ构型的平面五杆机构作为复合驱动单元，并??通过实验验证了其隔振性能。??Ｍ??图】－４高低频复合驱动的并联平台??Ｆｉｇ．?１－４?Ｈｉｇｈ－ｌｏｗ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｃｏｍｐｏｕｎｄ?ｄｒｉｖｅｎ?ｐａｒａｌｌｅｌ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??５??
Ｆｉｇ．?１－６?Ｂｒａｎｃｈ?ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ?ＰＩＤ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒａｔｅｇｙ??目前，主动隔振的研宄大多是将振动系统当作线性系统分析，导致在实际应??用中达不到满意的隔振效果，针对这一问题，Ｃｈｅｎ?ＣｆＭ等研宄了多维振动的建模??理论，为控制器的设计提供了新方法。提出了一种用于稳定主动隔振系统的自适??应神经控制器并验证了该方案的有效性。Ｈａｏ?Ｚ［４Ｓ］等提出了一种双边阻尼约束控制??策略，该方法根据相对位移的预设值可以控制阻尼的大小，既可以降低共振处的??谐振峰值，也可以在高频振动具有更好的振动衰减率。并且具有将大振幅响应快??速稳定到理想的稳态运动的能力，防止大的冲击和振动。Ｌｕｏ?ＤＹ［４６］等针对被动隔??振无法隔离低频振动的问题，采用具有较高反应速度的音圈电机作为主动元件，??用滑模鲁棒控制的方法解决了冷原子重力仪受到环境振动干扰的问题。Ｔａｎｇ??等设计了一种新型的双闭环ＰＩＤ主动控制策略。双闭环策略包括内部环路和外部??环路控制，分别用于实现主动悬浮和振动隔离，并设计了主动悬浮和隔振控制实??验。结果表明，该控制算法在周期振动和随机振动情况具有良好的隔振效果。Ｙａｎｇ??ＬｔＷ等提出了一种基于混合算法的宽频带主动隔振系统。采用非线性磁致伸缩执行??器模型，通过实验确定合适的参数，使隔振系统中的执行器具有较好的线性动态??
【参考文献】：
期刊论文
[1]隔振技术在水下航行器推进轴系振动控制中的应用[J]. 段勇,郭君,周凌波. 水下无人系统学报. 2018(01)
[2]高低频复合驱动的并联调姿隔振平台的运动分析[J]. 赵星宇,赵铁石,云轩,田昕,李二伟,陈宇航. 机器人. 2018(01)
[3]基于滑模鲁棒算法的超低频主动隔振系统[J]. 罗东云,程冰,周寅,吴彬,王肖隆,林强. 物理学报. 2018(02)
[4]2-PRC-PR（C）并联机构减振平台及其动力学特性[J]. 刘乃军,牛军川. 中南大学学报(自然科学版). 2017(04)
[5]基础激励下6-UHP并联平台的动力学建模与仿真[J]. 王晓明,徐振邦,王兵,梁凯翔,吴清文. 机器人. 2016(06)
[6]机载雷达多维隔振平台失效状态隔振性能分析[J]. 董迎晖,吴沂骞,王梅. 噪声与振动控制. 2016(04)
[7]一种面向低频隔振的两自由度球面并联机构[J]. 张晓伟,段学超,冷国俊,保宏. 河北科技大学学报. 2016(01)
[8]基于磁流变弹性体的平台竖向隔振研究[J]. 索思,徐赵东,朱俊涛. 地震工程与工程振动. 2015(05)
[9]某机载设备安装平台的复合式隔振设计试验研究[J]. 李家旭,张新平,谷迎松. 机械科学与技术. 2015(06)
[10]急救车载担架人工肌肉隔振系统特性分析[J]. 高蓬,孙大刚,梁培根,沈毅. 噪声与振动控制. 2014(03)
博士论文
[1]闭环双输入并联调姿隔振平台机构学理论研究[D]. 陈宇航.燕山大学 2016
[2]并联机器人机构构型方法研究[D]. 史巧硕.河北工业大学 2009
硕士论文
[1]并联舰载稳定平台隔振系统机构学建模与分析[D]. 宋晓鑫.燕山大学 2017
[2]基于3-PRRP（4R）并联机构的多维隔振装置的优化设计与性能分析[D]. 张福亮.山东大学 2017
[3]被动式Stewart隔振平台的隔振性能仿真研究[D]. 唐小斌.兰州理工大学 2017
[4]履带式装甲车悬挂优化及减振性能研究[D]. 滕绯虎.中北大学 2017
[5]大型光学隔振平台的设计与分析[D]. 李智.华中科技大学 2016
[6]基于电磁式隔振器的整星隔振平台动力学及隔振性能分析[D]. 唐介.哈尔滨工业大学 2015
[7]六自由度隔振平台的设计与分析[D]. 李耀.南京航空航天大学 2015
[8]Stewart平台隔振的主动控制研究[D]. 王东炜.哈尔滨工业大学 2014
[9]基于并联机构的舰载主动隔振系统研究[D]. 郭君.哈尔滨工业大学 2014
[10]基于少自由度并联机构的多维隔振研究[D]. 李勇.山东大学 2014
本文编号：2990607
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一非线性动力学模型
择了两种少自由度并联机构，对其隔振性能进行了分析。付杰［２８］为了解决航天器??振动问题对精密设备的不良影响，设计了一种含有柔性铰链的３－ＣＰＳ／ＵＰＵ的并联??隔振平台，实现了五维隔振。李耀［２９］制造出Ｓｔｅｗａｒｔ并联隔振样机如图１－３所示，??并设计了单条支撑腿的隔振实验，实验结果表明，其对高频振动具有很好的隔振??效果。??ａＢｉｌｉ?Ｉ?Ｍ??图１－３?Ｓｔｅｗａｒｔ并联隔振样机??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｔｅｗａｒｔ?ｐａｒａｌｌｅｌ?ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?ｉｓｏｌａｔｉｏｎ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ??Ｗａｎｇ?（＾３（）］等研究了一种六自由度并联隔振平台，发现传统的磁流变阻尼器具??有较大的自重，在多支链的并联结构中这个问题更加明显。因此，重新设计了一??种双活塞ＭＲ阻尼器，仿真结果表明相比于采用传统磁流变阻尼器的隔振平台具??有更好地隔振效果。赵星宇［３１］等针对目前大振幅的调姿和微幅的振动隔振两种机??构分离的状况，提出了一种高低频复合驱动的并联平台如图１－４所示，通过多种复??合驱动方式的性能比较，选用ＲＲＰＲＰ构型的平面五杆机构作为复合驱动单元，并??通过实验验证了其隔振性能。??Ｍ??图】－４高低频复合驱动的并联平台??Ｆｉｇ．?１－４?Ｈｉｇｈ－ｌｏｗ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｃｏｍｐｏｕｎｄ?ｄｒｉｖｅｎ?ｐａｒａｌｌｅｌ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??５??
Ｆｉｇ．?１－６?Ｂｒａｎｃｈ?ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ?ＰＩＤ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｔｒａｔｅｇｙ??目前，主动隔振的研宄大多是将振动系统当作线性系统分析，导致在实际应??用中达不到满意的隔振效果，针对这一问题，Ｃｈｅｎ?ＣｆＭ等研宄了多维振动的建模??理论，为控制器的设计提供了新方法。提出了一种用于稳定主动隔振系统的自适??应神经控制器并验证了该方案的有效性。Ｈａｏ?Ｚ［４Ｓ］等提出了一种双边阻尼约束控制??策略，该方法根据相对位移的预设值可以控制阻尼的大小，既可以降低共振处的??谐振峰值，也可以在高频振动具有更好的振动衰减率。并且具有将大振幅响应快??速稳定到理想的稳态运动的能力，防止大的冲击和振动。Ｌｕｏ?ＤＹ［４６］等针对被动隔??振无法隔离低频振动的问题，采用具有较高反应速度的音圈电机作为主动元件，??用滑模鲁棒控制的方法解决了冷原子重力仪受到环境振动干扰的问题。Ｔａｎｇ??等设计了一种新型的双闭环ＰＩＤ主动控制策略。双闭环策略包括内部环路和外部??环路控制，分别用于实现主动悬浮和振动隔离，并设计了主动悬浮和隔振控制实??验。结果表明，该控制算法在周期振动和随机振动情况具有良好的隔振效果。Ｙａｎｇ??ＬｔＷ等提出了一种基于混合算法的宽频带主动隔振系统。采用非线性磁致伸缩执行??器模型，通过实验确定合适的参数，使隔振系统中的执行器具有较好的线性动态??
【参考文献】：
期刊论文
[1]隔振技术在水下航行器推进轴系振动控制中的应用[J]. 段勇,郭君,周凌波. 水下无人系统学报. 2018(01)
[2]高低频复合驱动的并联调姿隔振平台的运动分析[J]. 赵星宇,赵铁石,云轩,田昕,李二伟,陈宇航. 机器人. 2018(01)
[3]基于滑模鲁棒算法的超低频主动隔振系统[J]. 罗东云,程冰,周寅,吴彬,王肖隆,林强. 物理学报. 2018(02)
[4]2-PRC-PR（C）并联机构减振平台及其动力学特性[J]. 刘乃军,牛军川. 中南大学学报(自然科学版). 2017(04)
[5]基础激励下6-UHP并联平台的动力学建模与仿真[J]. 王晓明,徐振邦,王兵,梁凯翔,吴清文. 机器人. 2016(06)
[6]机载雷达多维隔振平台失效状态隔振性能分析[J]. 董迎晖,吴沂骞,王梅. 噪声与振动控制. 2016(04)
[7]一种面向低频隔振的两自由度球面并联机构[J]. 张晓伟,段学超,冷国俊,保宏. 河北科技大学学报. 2016(01)
[8]基于磁流变弹性体的平台竖向隔振研究[J]. 索思,徐赵东,朱俊涛. 地震工程与工程振动. 2015(05)
[9]某机载设备安装平台的复合式隔振设计试验研究[J]. 李家旭,张新平,谷迎松. 机械科学与技术. 2015(06)
[10]急救车载担架人工肌肉隔振系统特性分析[J]. 高蓬,孙大刚,梁培根,沈毅. 噪声与振动控制. 2014(03)
博士论文
[1]闭环双输入并联调姿隔振平台机构学理论研究[D]. 陈宇航.燕山大学 2016
[2]并联机器人机构构型方法研究[D]. 史巧硕.河北工业大学 2009
硕士论文
[1]并联舰载稳定平台隔振系统机构学建模与分析[D]. 宋晓鑫.燕山大学 2017
[2]基于3-PRRP（4R）并联机构的多维隔振装置的优化设计与性能分析[D]. 张福亮.山东大学 2017
[3]被动式Stewart隔振平台的隔振性能仿真研究[D]. 唐小斌.兰州理工大学 2017
[4]履带式装甲车悬挂优化及减振性能研究[D]. 滕绯虎.中北大学 2017
[5]大型光学隔振平台的设计与分析[D]. 李智.华中科技大学 2016
[6]基于电磁式隔振器的整星隔振平台动力学及隔振性能分析[D]. 唐介.哈尔滨工业大学 2015
[7]六自由度隔振平台的设计与分析[D]. 李耀.南京航空航天大学 2015
[8]Stewart平台隔振的主动控制研究[D]. 王东炜.哈尔滨工业大学 2014
[9]基于并联机构的舰载主动隔振系统研究[D]. 郭君.哈尔滨工业大学 2014
[10]基于少自由度并联机构的多维隔振研究[D]. 李勇.山东大学 2014
本文编号：2990607
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